基于MSC.Patran/Nastran的结构优化程序系统的二次开发

尽管Patran/Nastran软件具有强大的工程解决能力和广泛的通用性,但在复杂的工程结构优化领域,由于缺乏针对性而使其应用性下降。采用该软件提供的二次开发工具PCL,基于Patran平台,将有限元软件Nastran和一些专用算法结合,开发了一套结构优化设计系统。该系统可以使设计过程高度自动化,并通过典型算例验证了它的正确性和高效性。

基于参数化建模的负泊松比微结构性能分析与优化

为提高分析微结构单胞结构参数对其力学性能影响的效率,提出一种基于ABAQUS二次开发的参数化建模方法。该文以双箭头负泊松比微结构为研究对象:基于ABAQUS二次开发设计参数化建模的图形用户界面(GUI),且采用3D打印方法制造样件开展准静态压缩试验,以验证上述参数化平台所建立有限元模型的准确性;基于此,建立峰值力和比吸能的响应面模型,采用NSGA-Ⅱ多目标遗传优化算法,以峰值力最小、比吸能最大为目标,以θ_(1)、θ_(2)、T_(L)、T_(M)为设计变量,对微结构的冲击性能进行优化,获得最优的微结构拓扑参数。与优化前微结构的冲击性能进行对比分析,结果表明峰值力降低了14.36%,比吸能增加了33.72%。

同时满足刚度和强度约束的框架拓扑优化

基于ICM(Independent Continuous Mapping,即独立、连续、映射)方法,对单元重量、单元许用应力和单元刚度分别引入不同的过滤函数,把0-1型离散拓扑变量转化为[0,1]区间上的连续变量,建立了拓扑变量连续的优化模型。借助满应力准则将应力约束转化为拓扑变量的动态下限,用单位虚载荷法将位移约束显式化,得到拓扑优化的近似显式模型。为了提高模型的求解效率,根据对偶理论求解原问题的对偶模型,通过在对偶空间迭代求解对偶模型得到原模型的解。引入结构非奇异、结构响应不被违背和结构重量不改变三个准则判断迭代收敛,并根据这三个准则自适应的调整折减系数来搜索最佳阈值,然后根据阈值将连续拓扑变量回归为0-1型离散拓扑变量。利用MSC/Nastran的开放性,借助MSC/Patran提供的PCL(Patran Command Language)开发环境,完成了满足刚度和强度的多变量的框架拓扑优化程序。算例结果表明,用ICM方法解决多变量框架拓扑优化问题是快速、有效的。

一种一体化热防护承力结构的设计研究

采用ITPS(Integrated Thermal Protection Systems)承力结构的方法,开发了基于PATRAN PCL语言的参数化建模程序,能够自动、快速地建立该类型结构的有限元模型。通过改变腹板与底面板之间的夹角,得到了ITPS最佳热短路模型。通过数值分析研究了镂空腹板对ITPS承载能力及隔热性能的影响。结果表明,腹板与底面板夹角76°时,ITPS静力分析的最大等效应力达到极小值,镂空腹板高度和倒角半径的综合设计关系到ITPS优化设计的成败。在镂空腹板宽度和高度相同的情况下,应该优选倒角半径大的镂空腹板结构形式。同时,镂空腹板改善了ITPS底面板的温度均匀性。镂空腹板的数值分析结果为ITPS结构优化设计提供一定的参考和依据。

基于Patran/Nastran的CYL9800型链接式超静定液压支架后顶梁结构优化设计

煤矿顶板的压力直接作用于顶梁上,因此顶梁性能决定着液压支架的支护性能。应用MSC.Patran/Nastran有限元软件的Design study模块对CYL9800型链接式超静定液压支架后顶梁进行优化设计,得到了合理的优化结果,为超静定液压支架的设计提供了一种较好的方法。

应力约束下连续体结构拓扑优化的ICM方法

为了研究应力约束下连续体结构拓扑优化问题,利用ICM(independent continuous mapping)方法,对单 元质量和许用应力采用不同的过滤函数,建立了以质量为目标,应力约束下的连续体结构拓扑优化模型．引入 了新的删除准则,利用二分法得到了自适应的删除率,减少了迭代次数,提高了求解效率．在MSC／ Patran&Nastran软件的开发平台上实现了该算法,二维和三维数值算例表明了该方法的可行性和有效性．

汽车座椅构件拓扑优化及自动化系统的研究

针对复杂机械系统中构件优化结果不精确的问题,基于子结构法,研究了构件边界条件精确确定的方法,提出了逐步逼近拓扑优化策略。同时针对企业应用CAE软件存在操作复杂的问题,运用TCL语言以及其它二次开发技术,建立了基于HyperWork平台下汽车座椅构件拓扑优化的自动化系统,实现了参数化建模、仿真分析与拓扑优化设计的功能。以某型号座椅骨架右侧板为例,说明构件拓扑优化过程以及自动化系统的相关功能。验证了提出的优化方法的有效性以及开发的自动化系统的实用性与高效性。

基于UG NX二次开发的压气机叶片结构优化设计

以某压气机叶片为对象,在保证其形状不发生畸变的基础上,建立了数学模型.以有限元分析为基础,运用UG NX的二次开发功能,结合C++程序设计语言,对该压气机叶片进行结构优化设计,得到了同时满足强度和振动要求的最轻结构.结果表明:叶片模型在迭代过程中稳定生成,其优化后的体积(质量)相比优化前减少了6.680%,且能够满足原结构达不到的工作要求.该方法可行有效,可运用于其他机械产品的设计.

二级多点逼近结构优化算法的程序实现与验证

采用二次开发工具PCL,开发了基于Patran平台的二级多点逼近结构优化算法程序系统。该系统充分利用了Patran的前后置处理能力、Nastran的分析能力以及二级多点逼近结构优化算法适应性强、计算效率高的优点,因而具有很好的实用性,最后通过典型算例验证了该系统的可行性和有效性。