显式拓扑优化的拉压杆模型自动提取方法

为了实现从显式拓扑优化到拉压杆模型的自然过渡,同时保持拓扑优化结构与拉压杆模型的拓扑一致性,以可移动变形组件拓扑优化为例,建立了显式拓扑优化拉压杆模型自动提取方法。该方法是计算机图形学和结构优化的结合,采用Voronoi骨架提取和形状优化,由骨架提取、框架提取和形状优化3部分构成。结果表明,该方法自动构建了受力合理且几何规则的拉压杆模型;Voronoi骨架提取从显式拓扑优化结构提取了光滑的中轴骨架;以类桁架指标为约束的形状优化实现了拉压杆模型从框架结构到桁架结构的质变。

面向不锈钢地铁整车结构的显式拓扑优化设计

随着轨道车辆轻量化设计需求日益突出,拓扑优化技术正加速应用于车辆关键局部结构高性能轻量化设计并取得较显著减重成果,但受限于制造要求和较大的计算规模,整车级车体结构拓扑优化已为轨道车辆设计阶段的难点之一.论文针对某不锈钢地铁车体结构设计需求,基于移动可变形组件法(Moving Morphable Component, MMC),开展显式拓扑优化框架下的整车级车体结构优化设计.依据EN 12663标准工况及车体设计空间,建立了地铁车体结构MMC拓扑优化数学模型,给出了相应的拓扑优化设计流程,搭建了地铁车体结构显示拓扑优化算法平台.按照设计流程,基于灵敏度的驱动,以车体结构的整体刚度作为设计目标,同时设置质量约束,通过调控组件移动、旋转和变形,实现对整车级车体结构的拓扑优化研究,确定了车体拓扑构型.基于MMC方法,可有效降低优化过程中的计算量,直接获取较为清晰的不锈钢地铁车体结构整车级传力路径,论文数值算例验证了该算法的优势.

基于MMC拓扑优化方法的开洞深梁拉压杆模型研究

开洞深梁不仅是一类典型的D区域,还具有较复杂的应力分布。开洞深梁的拉压杆模型研究具有重要的理论和实际意义。作为一种显式的拓扑优化方法,可移动变形组件拓扑优化可以被用来产生合适的拉压杆模型。通过求解体积约束下最小柔度的优化问题,得到混凝土构件的最优拓扑。采用一种自动的提取方法实现了从拓扑优化结果到拉压杆模型的自然过渡。通过开洞深梁算例,证明了这一思路的可行性、有效性和高效性。