基于满应变准则的受应力约束三维弹性体拓扑优化

提出一种受应力约束三维弹性体的拓扑优化方法:修改的满应变法,即通过反复迭代修改单元的弹性模量,使三维弹性体的每个单元均处于一种满应变的状态,然后删除弹性模量较低的单元,通过逐渐删除弹性模量较低的单元,使单元最大弹性模量逐渐接近于材料实际的弹性模量,同时单元的最大应力也逐渐接近于材料的许可应力,从而获得满足应力约束条件的三维弹性体的最优拓扑。同时引入结构描述数组的概念,很方便地实现单元的重新划分。数值结果表明该方法很有效,且具有很好的通用性和稳健性。

基于满应变准则的大规模桁架结构的最小柔度设计

针对大规模桁架结构,推导出一种结构优化设计方法。其设计目标为整个结构的柔度最小,也即刚度最大;采用的力学准则为满应变设计准则;在整个桁架结构重量满足一定约束的前提下,通过优化各杆件截面积,达到整体柔度最小。仿真结果表明,该方法可以在有限迭代步数下实现桁架结构总体柔度最小。将两次迭代所有杆截面积之差总和作为停机准则,随着停机准则的减小,整个计算所用迭代次数逐渐增大,所需计算时间也逐渐增长。在实际应用中,应根据实际需求和成本限制综合确定停机准则。

具有工程适用性的复合材料机翼结构快速设计

为实现复合材料层合板的快速设计,从工程适用性角度出发,提出了面向铺层厚度/铺层顺序的快速设计流程。首先,基于满应变设计方法对复合材料分层厚度进行优化设计,得到各分层的厚度比例。然后,采用相对差商法实现分层厚度的圆整,各分层在圆整之后为单层厚度的整倍数。最后,基于工程材料数据库对铺层顺序进行设计。利用某无人机复合材料机翼对本文提出的设计流程进行了验证,结果表明,机翼减重6.7%,最大变形下降了3.3%,层合板的设计效率明显获得了提升。