基于SIMP和GA变形柔性机翼后缘的拓扑优化

柔性机构的拓扑优化主要分为连续体优化和离散体优化,连续体优化的全局性优化形状比较好,但是优化出来的形状有不规则,表面不光滑等缺点。而离散体结构拓扑优化可以解决加工的缺点,但初始形状对结构的拓扑形状影响很大,笔者将两者的优化方法结合起来,以机翼后缘为例,通过SIMP法优化出的拓扑形状,采用遗传算法(GA)进行机翼的二次优化,得到了质量更轻,更易加工且变形效果好的优化解。

基于SIMP-MMC结构尺寸精确控制拓扑优化方法

随着结构拓扑优化方法的发展,为提高其优化结果的工程可制造性,部分学者提出了整合现有拓扑优化方法的策略。具体地,探讨了基于变密度法与可移动变形组件法相融合的拓扑优化方法。该方法首先利用变密度法中的幂函数特性,以快速获得结构主传力路径;其次针对变密度法中的灰度单元,提出采用Otsu阈值处理算法以最大化反映二值拓扑结构信息;在此基础上,利用形态学思想构建了以结构骨架拐点为分界的组件,并过渡到可移动变形组件法完成优化,最终获得精确结构尺寸。分别通过对二维与三维数值算例的最小柔度拓扑优化问题计算,得到结构边界光滑且精确尺寸的优化结果,验证了该方法的有效性。

整体式平面两自由度全柔顺并联机构构型拓扑优化设计

基于平面两自由度并联机构微分运动学矢量连续映射关系,建立整体式平面两自由度全柔顺并联机构构型拓扑优化模型-各向同性材料插值模型(SIMP模型),运用优化准则(OC)算法对所建模型进行求解,并采用Heaviside过滤技术处理优化过程中棋盘格和网格依赖问题。基于曲线拟合方法对优化后整体构型轮廓进行拟合,在Solid Works软件中建立其三维模型,进而应用有限元软件对其进行静力学仿真分析与对比。结果表明:以微分运动学矢量连续映射关系为拓扑优化设计条件,所得出的平面两自由度全柔顺并联机构与传统同构型并联机构具有相同的微分运动特性。

基于SIMP与BESO的轿车撕碎机刀盘拓扑优化设计

融合算法主要是利用SIMP方法计算出最优的优化变量,BESO方法利用这些优化变量求解出拓扑优化结构。以轿车撕碎机刀盘拓扑优化为例,融合SIMP与BESO两种优化算法,给出了融合算法的部分Python实现程序,利用它们各自的优点较大地提高优化效率,解决了轿车撕碎机刀盘的优化设计问题,实现刀盘的轻量化。

基于拓扑优化的钢筋混凝土构件设计方法研究综述

将拓扑优化引入混凝土构件的工程设计,能解决混凝土D区等设计难点,对于完善混凝土结构设计十分重要。首先,对当前在混凝土结构工程设计中有所应用的拓扑优化算法进行了介绍和评述,得出渐进结构优化类算法和固体各向同性材料惩罚模型类算法相对较可行但仍需提升算法的运行稳定性和寻优效率的结论。随后,针对引入拓扑优化算法后涉及的相关设计理论以及具体的设计应用方式展开讨论,拓扑优化当前很难作为独立而完整的直接设计方法,目前常基于钢筋混凝土整体模式展开优化,再结合压杆-拉杆模型理论以完成设计,但这一过程还存在从最优结构拓扑到压杆-拉杆模型及从压杆-拉杆模型再到配筋设计的转换问题;而基于钢筋混凝土分离模式完成时则需要考虑分析精度与优化效率之间的平衡、最优钢筋拓扑的简化以及与现行规范构造要求的衔接。最后,指出这类设计新方法的验证工作仍不充分,存在验证构件集中在深梁且数量较少等问题,未来需要大力开展相关工作。