基于微遗传算法的压电智能板结构/控制一体化拓扑优化设计及拓扑图提取

研究同时考虑结构拓扑构型、作动器位置与数目和控制器加权参数的压电智能板结构的结构/控制一体化拓扑优化设计问题。提出采用基于耦合模态空间的二次型最优控制系统设计,与基于微遗传算法和小波分析降噪相结合的策略进行一体化拓扑优化设计的实现和拓扑图提取。数值算例的结果表明,所提新方法计算量小,效率高,能够得到清晰的结构拓扑和良好的可控性。

基于变密度法的SLM增材制造无人机承载接头结构拓扑优化设计

针对某大型无人机机身轻量化需求,以选区激光熔化(Selective laser melting, SLM)制造的承载接头结构为研究对象建立有限元模型,基于ANSYS Workbench计算接头结构在不同极限工况下的强度、刚度性能,并根据材料最大许用应力准则进行校核.采用拓扑优化变密度法,以应力最小化为目标、保留质量40%为响应约束,对接头结构进行拓扑优化,根据优化结果设计两种重构方案并进行静力学验证.结果表明,两种模型重构方案分别减重了13.8%和13.3%,在轻量化程度相近的情况下,方案Ⅱ明显具有更小的应力分布以及变形程度,即最优重构方案成功实现轻量化设计,与原结构件相比质量减轻13.3%,且相较于其他方案承载能力最强,满足静态结构设计要求.为大型无人机承载接头结构实现低成本、轻量化的结构设计探索了新的途径.

无人艇载多波束测深系统一体化结构优化设计

为了提升无人艇载多波束测深系统(以下简称多波束系统)在复杂环境下的作业安全和精度,通过对多波束系统与无人艇艇型一体化安装结构的分析,采用基于有限元协同仿真技术开展动力及平台结构性能优化设计研究,设计出了在一定航行速度下能保证较优效率和航行安全的无人艇载多波束系统安装结构,并在珠江口海域进行了试验。结果表明:与传统的无人艇平台与多波束系统分离式设计的方法相比,设计的无人艇载多波束系统横摇角度小,抖动现象减弱,作业性能得到提升。运用该系统不仅可以获取水下高精度的三维地形数据,也可以为水下障碍物排查、目标物搜寻和水下构筑物巡检巡查等提供技术支撑。

基于改进自适应多种群遗传算法的结构-控制系统一体化优化

提出一种改进的自适应多种群遗传算法,以更好地解决建筑结构-主动控制系统一体化优化问题,即同时对被控结构参数、控制算法参数、主动作动器布置位置进行优化。该遗传算法对编码方法、初始种群生成、选择策略、交叉概率和变异概率的自适应调整、多种群协同进化中移民策略等进行改进。研究结果表明:改进的自适应多种群遗传算法和改进的基本遗传算法优化结果总体一致,表明前者分析结果是正确的,并且具有较高的精度;改进的自适应多种群遗传算法和改进的基本遗传算法首次得到优化分析最优解的平均进化代数分别为320与730,表明前者比后者收敛速度更快;改进的自适应多种群遗传算法每次能达到或接近最优解,可有效克服基本遗传算法优化结果随机性较强的缺点;经改进的自适应多种群遗传算法优化的主动控制系统取得明显减振效果,E1 Centro波输入时,主动控制结构层间位移角峰值和绝对加速度峰值较无控时分别平均减小54.5%与46.7%。算例结果表明了改进的自适应多种群遗传算法的有效性,实现了对建筑结构-主动控制系统的一体化优化。

车架与电池舱一体化结构轻量化与疲劳寿命集成优化设计

为提高电动载货汽车轻量化水平,本文提出了一种车架与电池舱一体化(cell to frame-简称“CTF”)结构。首先建立对标车型车架有限元模型,计算了其静力学性能与自由模态,并通过自由模态试验验证有限元模型的准确性。然后采用道路实采的多工况组合疲劳载荷谱在时域内运用名义应力法进行车架疲劳寿命分析。接着对经有限元分析验证合理的CTF结构初始设计进行试验设计并建立代理模型。最后采用全局响应面法进行优化设计,获得最佳轻量化方案。结果表明,优化设计后,CTF结构质量相较于传统的车架与电池舱分离设计结构轻量139.95 kg,轻量化率达14.09%,同时CTF结构力学性能与疲劳寿命均满足设计要求。

重型运载火箭发动机机架与舱段传力结构一体化拓扑优化设计

运载火箭发动机机架与舱段传力结构主要负责将发动机的推力载荷有效传递至箭体壳段,是火箭结构系统中的关键部位。为充分考虑重型运载火箭发动机机架与舱段传力结构之间的耦合影响,寻找合理的传力路径并实现结构高效承载,对其开展了联合最优传力路径分析及结构优化设计。考虑变形、质量、设计空间、制造约束等设计要求,以整体刚度最大化为目标,建立了火箭发动机机架与舱段传力结构的优化模型,开展了一体化优化设计工作;讨论了发动机机架与舱段传力结构间的连接区域参数对整体结构设计的影响,给出了相关设计建议。

机电一体化智能控制系统中的模糊逻辑优化设计与应用

本篇文献详尽剖析了机械电子一体化智能化控制系统中模糊算法的优化方案与实际运用。起初阐述了模糊逻辑学的基础原理,包含了释义、演变过程以及模糊群集等概念,同时阐释了模糊操控体系的组成部分以及运作机制。进而阐述了机电一体化整合智能控制体系,包含它的定义、特点、智能操控类型、特性、模糊推断以及应用。接着,文章详尽解析了自动控制体系中的规划优化,囊括了控制器的挑选和实施,抉择方针的不肯定性处理,以及不确定推断的综合运用。于最终汇总内,确立了模糊算法在机械电子融合智能化控制系统中的重要作用和其发展路径。

基于有限元分析的建筑结构加固设计与施工一体化优化研究

本研究针对建筑结构加固设计与施工一体化问题,提出了基于有限元分析的优化方法。通过深入分析有限元分析在加固设计中的应用,本研究构建了加固设计与施工一体化的理论框架,并详细阐述了其优势和实施流程。在优化方法上,本研究采用先进的优化算法,综合考虑结构性能、施工成本、工期等多个因素,实现了加固设计与施工方案的优化。研究结果表明,该优化方法能够显著提高建筑结构加固的效率和质量,具有重要的应用价值。然而,本研究仍存在一定的局限性,如缺乏实际工程案例的验证和考虑因素不够全面等。未来研究将进一步加强实际案例的研究,拓展优化模型的考虑因素,探索更多先进的优化算法和技术,以推动建筑结构加固设计与施工一体化技术的持续发展。

仿人机械手臂一体化结构设计及其控制系统

随着人类生活水平的不断提升,以及各类与机器人有关的科技也在飞速发展,因此,对类人机器人的研究也在不断增加。其中,拟人机械手是其中的一个关键部件,因此,开展仿人机械手的设计和研究,具有十分重要的现实意义。在此背景下,该文章主要针对仿人机械手臂一体化结构设计进行了分析,并且对相应的控制系统进行了探讨,除此之外还提出了相应的意见和建议,希望能给有关人员带来帮助参考。

基于遗传算法的三维钢筋混凝土结构/控制一体化优化设计

鉴于目前土木工程空间结构设计方法通常是先进行结构本身的性能设计、后进行振动控制的串行设计模式,这种设计模式没有充分利用两学科相互耦合产生的协同效应,因此本文运用一体化优化方法对三维钢筋混凝土结构/控制系统进行一体化设计:建立单向位移和扭转耦合的结构运动控制方程,利用LQR算法获得被动控制器的等效刚度和等效阻尼;建立钢筋混凝土结构与被动控制器的集成优化模型,设计变量包括建筑结构的尺寸及配筋率参数,被控控制器的数量和位置,优化目标为被动控制系统在时域内的最大位移;采用遗传算法处理结构/控制一体化优化问题。优化结果表明:结构与控制系统具有耦合相关性,本文所提方法具有良好的振动控制效果和经济性。

承载散热一体化的功能梯度多孔结构拓扑优化设计

针对多功能结构承载散热一体化需求,提出面向功能梯度多孔结构的拓扑优化设计方法.首先基于三周期极小曲面实现C0连续梯度多孔结构建模;然后引入数值均匀化法计算多孔结构宏观等效弹性张量和宏观等效热传导张量;最后以多孔结构体积分数为设计变量,建立散热弱度和结构柔度最小化加权多目标拓扑优化模型,采用优化准则法求解.数值算例结果表明,相比于单目标拓扑优化设计,该方法通过牺牲较低的散热性能换取较大的承载性能提升,显著地提高了多孔结构的综合性能.

基于传力路径的接骨板结构拓扑优化设计

目的 提出一种相对于传统拓扑优化方法能有效降低应力集中,并进一步提高断骨愈合效果的接骨板拓扑优化设计方法。方法 依据接骨板在断骨-接骨板系统中的载荷约束条件,采用改进的基于传力路径的拓扑优化方法对接骨板结构进行优化设计。随后采用基于偏应变的骨再生模拟模型,对胫骨骨干横向骨折情况进行骨再生模拟,依据骨再生过程数据对优化接骨板的受力状态、固定稳定性及愈合性能进行评估。结果 使用基于传力路径优化方法的优化接骨板在体积分数f=0.55、0.65时,接骨板最大应力分别为55.68、42.23 MPa,相较于传统拓扑优化方法优化接骨板分别降低32.96%、29.95%;骨愈合过程后骨痂平均弹性模量分别为1 439.47、1 355.71 MPa,相较于传统接骨板分别提升145.86%、131.06%。结论 提出的改进基于传力路径的拓扑优化方法,可以用于接骨板结构优化设计,优化后接骨板相比传统拓扑优化方法优化接骨板受力更加均匀,使用安全性更高,骨愈合性能相较传统接骨板有明显提升。研究结果为骨折内固定植入物的优化设计提供了一种新思路和方法。

结构主动控制的一体化多目标优化研究

基于Pareto多目标遗传算法提出了结构主动控制系统的一体化多目标优化设计方法,对作动器位置与主动控制器进行同步优化设计。外界激励采用平稳过滤白噪声来模拟,在状态空间下通过求解Lyapunov方程,得到结构响应和主动控制力的均方值。主动控制器采用LQG控制算法来进行设计。以结构位移和加速度均方值最大值与相应无控响应均方值的最大值之比,以及所需控制力均方值之和作为多目标同步优化的目标函数。优化过程还考虑了结构与激励参数对优化结果的影响。最后以某6层平面框架有限元模型为例进行了计算机仿真分析,结果表明所提出的主动控制系统多目标一体化优化方法简单,高效,实用,具有较好的普适性。

高超声速飞行器控制一体化优化设计

乘波体高超声速飞行器各个子系统之间具有强烈的耦合效应,飞行包线大,因此,需要在飞行器设计早期就将控制相关分析和设计引入,将控制系统参数与气动、推进、结构系统参数一起作为设计参数,并开发能辅助这个设计过程的软件工具。首先将几何外形用参数集表示,建立乘波体高超飞行器的参数化模型。再根据任务需求,确定优化目标函数,然后寻求在约束条件允许的设计空间内的最优参数集。再将系统可控性、闭环稳定性、鲁棒性和时域性能等与控制相关性能指标作为优化指标,将控制对飞行器设计参数调整意见反馈到优化回路,最终得到综和性能最优的飞行器构型。辅助飞行器设计的软件工具能够根据输入的参数集,自动完成飞行器建模和模型动、静态特性分析,并提供多种控制器设计模板。

空间伸展机构控制—结构一体化设计方法研究

分析了传统时序设计方法用于空间伸展机构设计存在的问题，提出了伸展机构控制设计和结构设计同时进行的一体化设计方法。将结构参数和控制系统参数作为设计变量，根据确定的目标函数，进行系统的整体优化。建立了展开后的空间伸展机构控制－结构一体化设计模型，并分析了一体化设计方法比传统时序设计方法优越的机理。此项研究将为新一代空间飞行器的研制提供理论基础和设计方法。

桂西北地区沼气温室(大棚)一体化结构优化设计

阐述了一种适合于桂西北地区使用的沼气 -大棚一体化结构优化设计 ,即温室 (大棚 )、沼气、养殖、种植“四位一体”互作模式 ,该模式冬天可提高沼气池温度 ,增加产气率 ,提高室温 ,提高土壤肥力 ,减少环境污染 ,改善卫生状况 ,实现经济、能源、生态三大效益协调统一。

拓扑优化技术在实现建筑与结构一体化设计中的应用

双向渐进结构优化方法简介随着计算机技术的不断发展,结构形态优化技术的强大功能使其广泛运用在航天、机械、土木、材料等领域。结构形态优化的核心问题是在一定的边界条件和容积内通过调整结构参数和控制结构单元来得到最优的形状分布。一个拓扑优化结果的给出包括初始模型优化算法、形态优化和尺寸优化等多个步骤。随着大规模计算机和有限元技术的不断发展,

弹性连杆机构结构和噪声控制一体化设计

对基于噪声控制的弹性连杆机构结构控制同步优化问题进行了讨论,以机构杆件的厚度和控制系统参数同时作为设计变量,以结构质量和受控系统能量量度的加权和作为性能函数,利用改进的约束变尺度法进行了优化分析。通过算例说明了该法的有效性。

基于拓扑优化和正交分析的混合结构机械臂关节法兰设计

为进一步减轻碳纤维复合材料(CFRP)和球墨铸铁(QT)混合结构机械臂的质量,提出基于拓扑优化和正交分析的混合结构机械臂关节法兰轻量化设计方法。创建六自由度工业机器人动力学模型,分析并求解机器人负载50 kg运动过程中关节所受载荷,并将最大载荷作为有限元分析的输入载荷。基于分析结果,对混合结构机械臂关节法兰进行拓扑优化,并结合加工工艺和正交分析试验,得到最优关节法兰模型。仿真和试验结果表明,当混合结构机械臂关节法兰周向开槽对数为3、轴向开槽个数为2、开槽为40°圆心角时,关节法兰质量、混合结构机械臂最大变形和最大应力相比优化前减少8.95%、2.46%和3.34%,满足机器人的运动性能要求。

微桁架点阵结构胞元拓扑优化及其变密度设计

设计满足特定需求的三维有序多孔的微桁架点阵结构,是解决航空航天领域某些构件轻量化问题的方法之一。首先,基于具有惩罚的实体各向同性材料(Solid isotropic microstructure with penalization,SIMP)拓扑优化算法,以最小柔度为目标,在不同载荷边界条件下进行点阵胞元的优化,随后对拓扑优化的点阵胞元进行几何重构。采用三维数值均匀化算法分析胞元在不同相对密度下的弹性矩阵及弹性模量曲面,对比4种胞元的各项力学性能;对选择性激光烧结(Selective laser sintering,SLS)增材制造技术制备的试件进行物理试验并对比试验结果,得到不同构型点阵结构胞元的力学性能。最后,以三点弯曲梁为例分析应力分布,并按照应力分布对梁结构进行Octet胞元的变密度点阵结构设计;同时设计均匀点阵结构作为对照,并通过三点弯曲试验对比变密度点阵结构与均匀点阵结构的力学性能。结果表明,优化并重构的4种胞元的三维数值均匀化模拟与压缩试验结果吻合良好;S Star Tet胞元的弹性模量最大,Octet胞元具有最高的剪切模量和较好的各向同性。相较于均匀点阵结构,变密度点阵结构的弯曲刚度和弯曲强度分别提高了162.6%和250.5%。