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基于SIMP变密度法的工业机器人大臂拓扑优化设计 被引量:1
1
作者 张作胜 占加林 汪涌 《长春工程学院学报(自然科学版)》 2023年第2期69-73,共5页
以某工业机器人机械大臂为研究对象,基于SIMP变密度法的拓扑优化数学模型思想,先使用ADAMS软件获得机器人大臂在最劣工况下的载荷情况,然后通过Altair Inspire软件,设置机器人大臂最劣工况载荷,对原始模型进行有限元分析,并以最大化刚... 以某工业机器人机械大臂为研究对象,基于SIMP变密度法的拓扑优化数学模型思想,先使用ADAMS软件获得机器人大臂在最劣工况下的载荷情况,然后通过Altair Inspire软件,设置机器人大臂最劣工况载荷,对原始模型进行有限元分析,并以最大化刚度为优化目标,完成了机器人大臂的拓扑优化设计。通过对机器人大臂各种优化方案的对比,结果表明,在满足机器人大臂载荷、空间要求和刚度要求的前提下,减重率达26.28%,达到了机器人大臂轻量化设计的目的,并为相关结构件轻量化设计提供了参考。 展开更多
关键词 机器人大臂 simp变密度法 拓扑优化 Altair Inspire 有限元分析
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基于IGA-SIMP法的连续体结构应力约束拓扑优化 被引量:11
2
作者 刘宏亮 杨迪雄 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期144-151,共8页
建立了一种IGA-SIMP框架下的连续体结构应力约束拓扑优化方法。基于常用的SIMP模型,将非均匀有理B样条(NURBS)函数用于几何建模、结构分析和设计参数化,实现了结构分析和优化设计的集成统一。利用高阶连续的NURBS基函数,等几何分析(IGA... 建立了一种IGA-SIMP框架下的连续体结构应力约束拓扑优化方法。基于常用的SIMP模型,将非均匀有理B样条(NURBS)函数用于几何建模、结构分析和设计参数化,实现了结构分析和优化设计的集成统一。利用高阶连续的NURBS基函数,等几何分析(IGA)提高了结构应力及其灵敏度的计算精度,增加了拓扑优化结果的可信性。为处理大量局部应力约束,提出了基于稳定转换法修正的P-norm应力约束策略,以克服拓扑优化中的迭代振荡和收敛困难。通过几个典型平面应力问题的拓扑优化算例表明了本文方法的有效性和精确性。应力约束下的体积最小化设计以及体积和应力约束下的柔顺度最小化设计的算例表明,基于稳定转换法修正的约束策略可以抑制应力约束体积最小化设计中的迭代振荡现象,获得稳定收敛的优化解;比较而言,体积和应力约束下的柔顺度最小化设计的迭代过程更加稳健,适合采用精确修正的应力约束策略。 展开更多
关键词 结构拓扑优化 等几何分析 IGA-simp方法 应力约束 P-norm函数
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基于SIMP法的气体调压阀关键件优化设计 被引量:1
3
作者 刘旭 孙江宏 +2 位作者 李东明 贾晓丽 刘维洲 《液压与气动》 北大核心 2014年第12期36-39,共4页
通过对某型气体调压阀导流器支架部件进行结构与灵敏度分析,确定支架厚度是影响其应力大小的关键因素,且支架在自身质量方面有很大的优化空间。基于SIMP法对支架进行拓扑优化,在满足材料许用应力的前提下,减轻了支架的重量。通过雷诺数... 通过对某型气体调压阀导流器支架部件进行结构与灵敏度分析,确定支架厚度是影响其应力大小的关键因素,且支架在自身质量方面有很大的优化空间。基于SIMP法对支架进行拓扑优化,在满足材料许用应力的前提下,减轻了支架的重量。通过雷诺数条件选用k-ε模型对流场进行分析,优化前后的阀体内部流场未产生不良变化。 展开更多
关键词 导流器支架 simp 拓扑优化 流场
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基于等效静态载荷法的多相材料结构动态拓扑优化设计
4
作者 占金青 王啸 +1 位作者 蒲圣鑫 刘敏 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期77-85,共9页
为了满足多相材料结构动态性能要求,提出一种基于等效静态载荷法的多相材料结构动态拓扑优化设计方法。采用序列固体各向同性料插值模型惩罚刚度矩阵和质量矩阵,以多个动载荷作用的多相材料结构总动态柔顺度最小化为优化目标,以结构质... 为了满足多相材料结构动态性能要求,提出一种基于等效静态载荷法的多相材料结构动态拓扑优化设计方法。采用序列固体各向同性料插值模型惩罚刚度矩阵和质量矩阵,以多个动载荷作用的多相材料结构总动态柔顺度最小化为优化目标,以结构质量和成本为约束条件,构建多相材料结构动态拓扑优化模型,利用等效静态载荷法将多相材料结构动态拓扑优化问题转化为多工况下的多相材料结构静态拓扑优化问题,以降低灵敏度分析的复杂程度;采用移动渐近线算法求解多相材料结构动态拓扑优化问题。数值算例结果表明所提方法是有效性的,与传统的拓扑优化方法相比,基于等效静态载荷法的多相材料结构动态拓扑优化求解时间节省了75%,大大提高了计算效率;与单相材料拓扑优化结果相比,多相材料结构动态拓扑优化设计获得的结构具有更好的动态性能。 展开更多
关键词 多相材料结构 动态拓扑优化 等效静态载荷法 序列固体各向同性料插值模型
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考虑外载荷方向不确定性的稳健性拓扑优化
5
作者 费晨 王晓拓 +3 位作者 倪成功 孙彦 田斌 杨艳山 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期582-587,共6页
外载荷方向不确定是实际工程中普遍存在的问题。本文研究了考虑外载荷方向不确定性下的稳健性连续体拓扑优化。首先,使用区间变量描述外载荷方向不确定性问题。随后,通过使用旋转矩阵的方式描述名义载荷方向上的扰动,并利用了旋转矩阵... 外载荷方向不确定是实际工程中普遍存在的问题。本文研究了考虑外载荷方向不确定性下的稳健性连续体拓扑优化。首先,使用区间变量描述外载荷方向不确定性问题。随后,通过使用旋转矩阵的方式描述名义载荷方向上的扰动,并利用了旋转矩阵导数的特殊性质,通过二阶泰勒展开式以及名义载荷处柔顺度对角度的一阶和二阶导数信息获得不确定性区间内任意角度处的灵敏度。最后运用SIMP模型和优化准则法(OC)对考虑外载荷方向不确定性的连续体结构进行拓扑优化。结果表明,采用该方法得到的优化结果的柔顺度对于载荷方向的变化不敏感,即对于不同方向的外载荷,结构刚度更具稳健性。 展开更多
关键词 稳健性拓扑优化 载荷方向不确定 变密度法 优化准则法
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基于改进SIMP法的连续体结构拓扑优化方法研究 被引量:9
6
作者 李启宏 李海艳 《机电工程》 CAS 北大核心 2021年第4期428-433,共6页
基于SIMP法的连续体结构拓扑优化,在小规模网格下的优化结构刚度性能不佳,而在大规模网格下优化结构又会出现过多细小分支,针对这一问题,提出了一种基于改进SIMP法的连续体结构拓扑优化方法。该方法对SIMP数学模型进行了改进,将单元微... 基于SIMP法的连续体结构拓扑优化,在小规模网格下的优化结构刚度性能不佳,而在大规模网格下优化结构又会出现过多细小分支,针对这一问题,提出了一种基于改进SIMP法的连续体结构拓扑优化方法。该方法对SIMP数学模型进行了改进,将单元微分法作为力学响应分析的理论基础,以全体单元中心点应力应变积之和为优化目标函数,并结合比例拓扑优化法对改进的数学模型进行了数值优化求解;最后,基于ISIMP法对悬臂梁进行了不同网格规模下的拓扑优化实验。研究结果表明:基于ISIMP法,悬臂梁的优化结构刚度得到了提升,并且在网格规模较小时,优化结构的刚度提升更为显著;同时,在网格规模很大时,该方法能有效减少细小分支的数量,提高优化结构的可制造性。 展开更多
关键词 改进的simp 单元微分法 比例拓扑优化 连续体结构拓扑优化
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基于SIMP理论的鞍座支架拓扑优化设计 被引量:2
7
作者 张肖刚 傅晓锦 《农业装备与车辆工程》 2018年第10期101-104,共4页
以某型车辆鞍座支架为研究对象,针对其结构偏重的问题,采用拓扑优化的方法使其结构轻量化。采用基于SIMP的材料插值方法对鞍座支架进行静态强度下拓扑优化分析。然后基于拓扑优化后的模型对原有鞍座支架进行重新设计,采用有限元分析验... 以某型车辆鞍座支架为研究对象,针对其结构偏重的问题,采用拓扑优化的方法使其结构轻量化。采用基于SIMP的材料插值方法对鞍座支架进行静态强度下拓扑优化分析。然后基于拓扑优化后的模型对原有鞍座支架进行重新设计,采用有限元分析验证拓扑优化结果。结果表明,优化后的鞍座支架质量减轻了26.3%,优化后的结构强度和刚度都符合设计要求。 展开更多
关键词 鞍座支架 轻量化 拓扑优化 simp方法 有限元分析
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基于Heaviside过滤和可行域调整的SIMP方法拓扑优化设计 被引量:3
8
作者 陈成 赵圣佞 《河南科技》 2018年第34期26-28,共3页
针对体积约束下结构柔顺度最小化拓扑优化问题,基于Heaviside过滤和可行域调整措施,提出了一种改进的SIMP方法。该方法采用体积守恒的Heaviside密度过滤和可行域调整措施,能获得0/1分布清晰的结构拓扑且保证了优化过程的稳健性。通过使... 针对体积约束下结构柔顺度最小化拓扑优化问题,基于Heaviside过滤和可行域调整措施,提出了一种改进的SIMP方法。该方法采用体积守恒的Heaviside密度过滤和可行域调整措施,能获得0/1分布清晰的结构拓扑且保证了优化过程的稳健性。通过使用不同的初始拓扑来优化解,可以获得比现有的基于SIMP的优化方法更好的多个局部优化拓扑。通过算例表明,该方法比现有的SIMP方法具有更好的稳健性,并且可以获得更优的结构拓扑。 展开更多
关键词 Heaviside过滤 simp方法 可行域调整 多个局部解
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基于SIMP法的变刚度结构拓扑优化研究 被引量:7
9
作者 何芝 雷阳 +2 位作者 封硕 吕毅波 孙坤霄 《装备制造技术》 2020年第1期8-14,共7页
基于固体各向同性材料惩罚模型(Solid isotropic material with penalization,SIMP)是一种常用的拓扑优化模型,因其计算效率较高而应用广泛。在工程实际中,采用单一材料的结构往往难以满足较好地综合性能,而功能梯度材料结构能充分发挥... 基于固体各向同性材料惩罚模型(Solid isotropic material with penalization,SIMP)是一种常用的拓扑优化模型,因其计算效率较高而应用广泛。在工程实际中,采用单一材料的结构往往难以满足较好地综合性能,而功能梯度材料结构能充分发挥其组成的各相材料的优点,在满足轻量化、高强度的要求的同时,达到良好的经济效益,在工程上应用广泛。然而,传统的SIMP法由于其预先设定材料属性,对功能梯度材料变刚度的结构体拓扑优化稍显不足,本文提出了一种基于有限元素法,采用功能梯度材料的变刚度改进方法,采用改进的SIMP法进行优化问题的求解,使得变刚度结构经过优化后其强度得到提高的同时,充分发挥功能梯度材料其各相组成材料的特性,合理分配材料使用进而降低成本。最后在MATLAB环境中以悬臂梁结构为算例模型验证了该方法的可行性,具有十分广阔的应用前景。 展开更多
关键词 拓扑优化 变刚度 功能梯度材料 simp
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Accurate surface normal representation to facilitate gradient coil optimization on curved surface
10
作者 Hao Ren Hui Pan +2 位作者 Feng Jia Jan G.Korvink Zhenyu Liu 《Magnetic Resonance Letters》 2023年第1期67-84,I0004,共19页
The design methods for gradient coils are mostly based on discrete extrinsic methods(e.g.,the BioteSavart integration calculation),for which the surface normal vector strongly influences any numerical calculation of t... The design methods for gradient coils are mostly based on discrete extrinsic methods(e.g.,the BioteSavart integration calculation),for which the surface normal vector strongly influences any numerical calculation of the discretized surface.Previous studies are mostly based on regular or analytical surfaces,which allow normal vectors to be expressed analytically.For certain applications,design methods for extending currentcarrying surfaces from developable or analytic geometries to arbitrary surfaces generated from a scanned point cloud are required.The key task is to correctly express the discretized normal vectors to ensure geometrical accuracy of the designed coils.Mathematically,it has been proven that applying a Delaunay triangulation to approximate a smooth surface can result in the discrete elemental normal vectors converging to those of the original surface.Accordingly,this article uses Delaunay triangulation to expand upon previous design methods so that they encompass arbitrary piecewise continuous surfaces.Two design methods,the stream function and the so-called solid isotropic material with penalization(SIMP)method,are used to design circumvolute and noncircumvolute gradient coils on general surfaces. 展开更多
关键词 Gradient coils Delaunay triangulation Stream function simp method
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三套管相变蓄热器导热肋片的拓扑优化 被引量:4
11
作者 姚莉 张峰鸣 赵明 《动力工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期397-405,共9页
采用基于变密度方法的拓扑优化方法对三套管相变蓄热器的肋片结构进行优化,然后进行几何重构,并与其他3种传统直肋模型进行比较。结果表明:几何重构后的模型的蓄放热过程与拓扑优化结果具有一致性,温度均匀性显著提升,且完全熔化时间相... 采用基于变密度方法的拓扑优化方法对三套管相变蓄热器的肋片结构进行优化,然后进行几何重构,并与其他3种传统直肋模型进行比较。结果表明:几何重构后的模型的蓄放热过程与拓扑优化结果具有一致性,温度均匀性显著提升,且完全熔化时间相对减少了68.6%,完全凝固时间相对减少了80.4%;导热材料在相变蓄热器中的分布均匀性对蓄放热性能有重要影响,根据均匀分布设计原则的模型拥有较好的蓄放热性能,但总体上基于拓扑优化方法的重构模型具有最少肋片数量及最高蓄热量等优点。 展开更多
关键词 相变蓄热器 拓扑优化 变密度方法 强化换热
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超高层建筑顶升模架系统的优化设计及智能建造 被引量:9
12
作者 王凝 曾凡奎 +3 位作者 高宇甲 杜广辉 胡兆文 黄华 《建筑科学与工程学报》 CAS 北大核心 2023年第2期69-76,共8页
为研究超高层建筑顶升模架系统优化设计与现场智能化施工的数字化融合,提高材料使用效率和结构合理性,以西安某超高层建筑中所使用的顶模钢框架结构为对象,采用SIMP插值模型法,约束次桁架悬挑端竖向位移,以减少顶模钢框架结构钢材用量... 为研究超高层建筑顶升模架系统优化设计与现场智能化施工的数字化融合,提高材料使用效率和结构合理性,以西安某超高层建筑中所使用的顶模钢框架结构为对象,采用SIMP插值模型法,约束次桁架悬挑端竖向位移,以减少顶模钢框架结构钢材用量为目标进行优化,依据优化结果对顶模钢框架结构进行设计。应用智能建造与建筑工业化协同发展的研究成果,以拓扑优化设计、系统化安装、智能化施工为实施框架,通过拓扑优化设计结合智能化控制操作等工具,实现基于智能建造的优化型顶模钢框架结构;系统梳理智能建造各阶段应用,利用施工管理平台,实现基于信息化模型的工程管控。结果表明:优化后顶模钢框架结构在满足约束条件情况下,在提升结构承载能力、刚度的同时,使钢框架自身重量减轻20%,降低了顶模钢框架结构用钢量,提升了钢材的使用效率,加强了拓扑优化设计与现场智能化施工的数字化融合,推动了智能化施工装备的施工应用。 展开更多
关键词 拓扑优化设计 智能建造 simp插值模型法 超高层建筑顶升模架系统 钢框架结构
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红外光电系统机械固定件的拓扑优化设计
13
作者 赵建 杨百剑 +3 位作者 闯家亮 杨德振 舒翰达 韩禹阳 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期574-579,共6页
红外光电系统机械件复杂度高,在满足稳定性要求的前提下,对结构的轻量化有着更急迫的需求。本文采用ANSYS拓扑优化方法对某红外光电系统进行拓扑优化设计,并以电源固定件为例,以结构柔度最小为设计目标,单元密度为设计变量,实现30%的体... 红外光电系统机械件复杂度高,在满足稳定性要求的前提下,对结构的轻量化有着更急迫的需求。本文采用ANSYS拓扑优化方法对某红外光电系统进行拓扑优化设计,并以电源固定件为例,以结构柔度最小为设计目标,单元密度为设计变量,实现30%的体积约束,并对拓扑优化的结果进行模型重构。与初始经验设计方案对比,优化重构后的固定件减重37.8%,且结构的刚度和强度均得到了提升。进而表明,拓扑优化方法可以为红外光电系统结构的轻量化设计提供有利的借鉴。 展开更多
关键词 红外光电系统 拓扑优化 变密度法 有限元分析
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四足机器人腿部结构拓扑优化设计及力学性能分析
14
作者 李伟豪 茅健 +1 位作者 郑武 张婷 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2023年第9期45-53,共9页
基于变密度方法中的SIMP(Solid Isotropic Material with Penalization)模型,提出一种多复合材料3D打印制造的拓扑优化方法对四足机器人腿部结构进行优化设计。采用体积约束下最小应力的优化方式,同时引入复合材料的本构矩阵,使得优化... 基于变密度方法中的SIMP(Solid Isotropic Material with Penalization)模型,提出一种多复合材料3D打印制造的拓扑优化方法对四足机器人腿部结构进行优化设计。采用体积约束下最小应力的优化方式,同时引入复合材料的本构矩阵,使得优化结果更加合理。针对四足机器人常见工况进行静力学分析,并对最大位移下的载荷情况进行拓扑优化设计。为了验证优化后腿部结构的强度,分别制备拓扑增强和轮廓增强腿部结构并进行试验分析。试验结果表明,拓扑增强结构最大位移比轮廓增强结构在外摆工况下降低了53.57%。拓扑增强结构承载比在0°和30°外摆工况下比轮廓增强结构分别提升了17.98%和24.57%。通过对四足机器人腿部结构优化前后的试验对比可知,经过拓扑优化设计,四足机器人腿部结构力学性能得到提升,优化设计具有可行性。该拓扑优化方法对于提高产品力学性能,具有一定作用。 展开更多
关键词 四足机器人 拓扑优化 simp方法 复合材料 3D打印
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码垛机器人转盘结构拓扑优化设计
15
作者 杨洋 《南方农机》 2023年第20期38-41,共4页
【目的】在转盘质量不增加的情况下,通过拓扑优化对材料合理布置以达到提高转盘刚度的效果。【方法】笔者以某型码垛机器人转盘为研究对象,运用HyperWorks软件对转盘进行静力学分析,得到转盘在最危险工况下的应力云图、位移云图,再利用O... 【目的】在转盘质量不增加的情况下,通过拓扑优化对材料合理布置以达到提高转盘刚度的效果。【方法】笔者以某型码垛机器人转盘为研究对象,运用HyperWorks软件对转盘进行静力学分析,得到转盘在最危险工况下的应力云图、位移云图,再利用OptiStruct根据静力学分析结果以最小柔度为目标函数进行结构拓扑优化,得到拓扑优化云图,寻求其最佳材料分布及传力路径对转盘进行局部重构,并将优化模型通过HyperWorks软件与初始模型进行对比分析。【结果】优化后机器人转盘的质量减轻了1%,转盘最大应力下降了38.6%,转盘最大变形位移下降了19.2%,且前3阶模态和振动性能也有一定的提升。【结论】优化后码垛机器人转盘可以在重量不增加的前提下达到提高刚度的目的,同时在强度和振动性能方面也有所改进,本研究可为机器人其他部件的结构优化工作提供一定的理论依据。 展开更多
关键词 码垛机器人转盘 拓扑优化 模态分析 simp变密度法
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剪式单元可展机构静力学分析与拓扑优化设计 被引量:30
16
作者 杨毅 丁希仑 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期184-189,共6页
利用矩阵凝聚法,推导出了一种五自由度剪式单元的有限元模型,并对一种圆柱式折叠结构进行了静力学分析。将拓扑优化中的SIMP法引入到可展机构的优化设计中,对可展机构进行了拓扑优化研究。分别以结构柔度最小化和结构效率最大化作为优... 利用矩阵凝聚法,推导出了一种五自由度剪式单元的有限元模型,并对一种圆柱式折叠结构进行了静力学分析。将拓扑优化中的SIMP法引入到可展机构的优化设计中,对可展机构进行了拓扑优化研究。分别以结构柔度最小化和结构效率最大化作为优化目标函数,对圆柱式折叠结构进行了拓扑布局优化。优化后的结构质量大大减轻,而结构效率得到提高。对结构的动力学性能进行了探讨。研究结果对可展机构的轻量化设计有一定帮助。 展开更多
关键词 可展机构 剪式单元 拓扑优化设计 simp 结构效率
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考虑嵌入移动孔洞的多相材料布局优化 被引量:5
17
作者 王选 胡平 龙凯 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第3期852-862,共11页
工程结构设计问题中经常需要预先嵌入一个或多个固定形状的孔洞以满足某些功能性或者制造性设计要求.为了有效求解这种带有嵌入可移动孔洞的多相材料连续体结构布局优化问题,通常需要同时优化这些嵌入孔洞的位置和方向及多相材料结构的... 工程结构设计问题中经常需要预先嵌入一个或多个固定形状的孔洞以满足某些功能性或者制造性设计要求.为了有效求解这种带有嵌入可移动孔洞的多相材料连续体结构布局优化问题,通常需要同时优化这些嵌入孔洞的位置和方向及多相材料结构的拓扑构型,以改善结构的整体性能.为此,本文采用参数化的水平集函数描述嵌入孔洞的几何形状,并将定义多相材料结构拓扑的材料密度以及描述嵌入孔洞的位置和方向的几何参数视为所考虑优化问题的设计变量.为了避免由于孔洞移动造成的重新划分网格的繁琐及改善计算效率,使用平滑化的Heaviside函数将所有嵌入孔洞映射为固定网格上的密度场.同时,提出了一种在有限元水平上调用的类SIMP材料插值格式,用于优化问题的材料参数化,进而实现多相材料结构拓扑构型和嵌入孔洞位置和方向的同步优化.这种材料插值格式便于几何变量的解析灵敏度分析,使得当前的优化问题可以用基于梯度的优化算法求解.优化算例证明所提方法可以有效地处理带有多个嵌入孔洞的多相材料结构布局优化问题. 展开更多
关键词 布局优化 移动孔洞 多相材料 simp方法 拓扑优化
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基于机素-机元解析周仲瑛病机辨证规律研究 被引量:2
18
作者 李国春 俞天印 吴勉华 《辽宁中医杂志》 CAS 2012年第5期823-825,共3页
辨证论治体系的逻辑结构可分为辨证与论治两大部分,或曰两大层次。而辨证,是由疾病部位、病理因素、病因分类、疾病性质、疾病势态和确定疾病证名六大步骤或曰部分所组成。研究首先应用形式逻辑,将中医病机构成元素还原或抽象为机素及... 辨证论治体系的逻辑结构可分为辨证与论治两大部分,或曰两大层次。而辨证,是由疾病部位、病理因素、病因分类、疾病性质、疾病势态和确定疾病证名六大步骤或曰部分所组成。研究首先应用形式逻辑,将中医病机构成元素还原或抽象为机素及机元两个基本病理元素及单元,然后采用辩证逻辑,将相应机素和机元又复归于相应的疾病部位、病理因素、病因分类、疾病性质、疾病动态类别之中,从而既解析了病机的构成规律,体现了中医辨证的执简驭繁的简约性原则,又将拆开的基本病理单元按照辨证论治整体的、动态的规律,再行复杂的非线性组合,以使其复归于辨证论治的整体思维过程,从而使前面的抽象与后面的复归,具备了完整的方法论指导意义。 展开更多
关键词 执简驭繁 机素 机元 辨证论治
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非正态分布的连续体结构可靠性拓扑优化方法研究 被引量:3
19
作者 伍新 吴晨曦 《机械设计与制造》 北大核心 2019年第8期62-66,72,共6页
针对连续体结构普遍存在不确定参数服从非正态分布的拓扑优化问题,利用当量正态化法(JC法)将结构不确定参数正态化,然后利用标准空间最小值问题求解连续体结构的可靠度,对隐式的可靠度约束进行显式化处理。以固体各向同性惩罚微结构模型... 针对连续体结构普遍存在不确定参数服从非正态分布的拓扑优化问题,利用当量正态化法(JC法)将结构不确定参数正态化,然后利用标准空间最小值问题求解连续体结构的可靠度,对隐式的可靠度约束进行显式化处理。以固体各向同性惩罚微结构模型(SIMP法)为插值模型和优化准则,以结构柔度最小为优化目标建立连续体拓扑优化模型,随后利用优化准则法(OC法)求解加入可靠度约束后的优化模型,得到同时满足材料最优分布和可靠度要求的优化结构。通过数值算例与确定性设计结果进行对比,结果表明,考虑了可靠度影响的拓扑优化结果要优于确定性参数的优化结果,且结构可靠度设计指标对最终优化形式有较大影响,同时表明该计算方法是可行的。 展开更多
关键词 非正态分布 JC法 可靠度 拓扑优化设计 OC法 simp
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连续纤维增强复合材料结构基频最大化设计 被引量:2
20
作者 程长征 卞光耀 +3 位作者 王选 龙凯 李景传 吴乔国 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第5期1422-1430,I0005,共10页
与传统的金属材料相比,纤维增强复合材料在强度、刚度、抗断裂等诸多方面具备更优良的性能,目前纤维增强复合材料已在汽车、航空航天等工业领域得到了广泛应用.本文提出一种求解连续纤维增强复合材料结构无阻尼自由振动下的基频最大化... 与传统的金属材料相比,纤维增强复合材料在强度、刚度、抗断裂等诸多方面具备更优良的性能,目前纤维增强复合材料已在汽车、航空航天等工业领域得到了广泛应用.本文提出一种求解连续纤维增强复合材料结构无阻尼自由振动下的基频最大化问题的拓扑优化方法.为了实现结构拓扑构型与纤维角度的同步优化,建立了以准许的材料用量体积分数为约束、以结构的一阶特征值为目标函数的动力学拓扑优化模型,该模型包括表征结构拓扑构型的密度设计变量和表征纤维方向的角度设计变量.详细推导了特征值目标函数关于密度设计变量和角度设计变量的解析灵敏度列式,并采用移动渐进线方法 (method of moving asymptotes, MMA)进行了优化求解;最后通过3个数值算例验证本文方法的有效性,其中包括一个以刚度最大化为目标的静力学优化算例,和两个以一阶特征值为目标的动力学优化算例.结果表明,所提方法优化迭代过程稳健,收敛快,能够在实现结构拓扑构型与纤维角度的一体化优化的同时,有效提高结构的频率. 展开更多
关键词 拓扑优化 连续纤维 动力学优化 simp方法
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