用节点位移的主-从关系考虑扩底桩的端承面尺寸效应

针对桩－土体系有限元数值分析模型中桩端尺寸效应的模拟问题进行了讨论。利用桩端节点位移的主－从关系建立了桩端－土体界面节点位移的约束条件。如果在有限元数值分析中将柱体模拟成梁杆单元集合体并在桩端施加这个约束条件，则可考虑桩端尺寸效应，特别是扩底桩桩端尺寸效应。为了显示桩端尺寸效应的影响进行了数值对比研究。数值结果表明：随着桩端尺寸的增大，桩端土体的塑性区分布及发展有很大的不同，桩的Ｐ－ｓ沉降曲线的差异很大，因此该效应对用数值法计算扩底桩的承载力是不容忽视的。

多节点位移约束拓扑优化的增广拉格朗日法

针对结构承载面抗变形的设计需求,提出增广拉格朗日框架下的多节点位移约束拓扑优化方法.首先,建立以多节点位移为约束、以体积分数最小化为目标的拓扑优化列式;其次,利用增广拉格朗日方法将数量众多的位移约束方程转化到目标函数中,将多约束优化问题转化为无约束优化问题;最后,采用移动渐进线法求解无约束优化问题.数值算例结果表明,与包络函数方法相比,该方法能够进一步减少结构体积,且具有稳健、高效和不受参数影响的优势;与柔顺度最小化列式相比,该方法能够有效地控制局部区域的变形,在如风电叶片结构轻量化设计等工程应用中具有必要性.

考虑局部模态约束的卫星结构优化

在卫星结构设计中,基于传统的全局频率约束问题的结构优化方法不能直接应用于模式置换现象的局部频率约束问题。为此提出一种近似方法:首先假设在优化过程中结构整体质量矩阵的变化可以忽略不计,且指定局部频率的模态振型在优化前后是一致的;然后基于这2个假设,将原始局部频率约束的优化问题转化为局部区域节点位移约束的优化问题,节点位移约束由当前局部频率和期望局部频率之间的比值确定。数值算例和实际工程优化实例验证了该方法的合理、有效。

输出载荷精确控制的结构拓扑优化设计方法

随着飞行器性能的不断提高,其承载结构的设计也越来越复杂.通过优化设计载荷的传递方式,将载荷合理分配到承载结构上,对充分利用材料的承载潜力、减轻结构重量以及保证承载性能具有重要意义.为此本文提出了一种对输出载荷精确控制的结构拓扑优化设计方法,可在给定载荷输入和边界条件下根据设计要求实现输出位置载荷大小的精确可控.通过在载荷输出位置设置辅助杆单元,将输出载荷约束转化为更加直观并易于建模的杆单元节点位移约束并加以精确控制,结合结构柔顺度设计目标、整体材料体积约束,建立了基于密度变量的拓扑优化设计新模型.文章通过数值算例验证了所提方法的有效性,并同时研究了优化设计结果随材料用量、输出载荷约束区间以及输出载荷比例等因素变化的规律.