基于接头连接的核级管道结构优化研究

在核电系统中,核级管道数量众多且布置复杂,特别是大型管道不仅价格昂贵、不易制造,且当某一部分出现问题时需整根更换,维护成本极高。为同时满足管道系统力学性能和降低更换成本、提高结构可制造性,首先在显式描述的可移动变形组件法(MMC)基础上,提出了基于接头连接的核级管道结构拓扑优化方法。在该方法中,管道结构拓扑通过一组具有显式几何信息的组件表示,使用少量设计变量即可完整描述管道布局。以刚度最大化为目标,以体积分数为约束,建立了基于MMC显式拓扑优化方法的问题列式。最后以短板算例验证了该方法的有效性。所提核级管道结构轻量化设计方法不仅可以有效降低制造成本、增强结构稳定性,还能提高可制造性和可更换性。

通过接头连接的双相材料结构拓扑优化研究

出于结构的可制造性考虑,以提高双相材料结构的强度、稳定性和耐久性等性能为目标,本文利用拓扑优化方法研究了通过接头连接的双相材料结构。在显式拓扑框架下添加了“接头”作为优化的基础构件,构造了双相材料的材料属性插值模型,建立了可同时优化材料属性和结构布局的拓扑优化模型。通过对双相材料结构进行优化设计,实现在保证结构强度的同时减轻结构重量、降低材料成本等目的,为实际工程应用提供一定的理论和技术支持。

堆内构件流致振动试验支承多目标优化设计

为充分提升材料利用率和避开堆内构件基阶频率,针对堆内构件流致振动(FIV)试验支承结构开展了基于多目标优化算法的参数寻优研究。首先建立了支承有限元模型,并将支承质量、最大应力强度和基阶频率作为优化目标,然后通过加强帕累托进化算法(SPEA-Ⅱ)对多目标优化问题进行了全局寻优,最终得到输入与输出参数间的全局敏感度和帕累托解集,并给出了可行的支承设计方案。通过对支承开展多目标优化,在保证结构强度的同时显著降低了制造成本,相关研究可为类似的支承设计提供参考。