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Explicit Topology Optimization Design of Stiffened Plate Structures Based on the Moving Morphable Component(MMC)Method
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作者 Xudong Jiang Chang Liu +5 位作者 Shaohui Zhang Weisheng Zhang ZongliangDu Xiaoyu Zhang Huizhong Zeng Xu Guo 《Computer Modeling in Engineering & Sciences》 SCIE EI 2023年第5期809-838,共30页
This paper proposes an explicit method for topology optimization of stiffened plate structures.The present work is devoted to simultaneously optimizing stiffeners’shape,size and layout by seeking the optimal geometry... This paper proposes an explicit method for topology optimization of stiffened plate structures.The present work is devoted to simultaneously optimizing stiffeners’shape,size and layout by seeking the optimal geometry parameters of a series of moving morphable components(MMC).The stiffeners with straight skeletons and the stiffeners with curved skeletons are considered to enhance the modeling and optimization capability of the current approach.All the stiffeners are represented under the Lagrangian-description framework in a fully explicit way,and the adaptive ground structure method,as well as dynamically updated plate/shell elements,is used to obtain optimized designs with more accurate analysis results.Compared with existing works,the proposed approach provides an explicit description of the structure.Thus,a stiffened plate structure with clear stiffener distribution and smooth geometric boundary can be obtained.Several numerical examples provided,including straight and curved stiffeners,hierarchical stiffeners,and a stiffened plate with a cutout,validate the effectiveness and applicability of the proposed approach. 展开更多
关键词 topology optimization stiffened plate structures moving morphable component(MMC) straight/curved skeletons
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基于拓扑优化的龙门数控机床工作台筋板设计与分析 被引量:13
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作者 田亚峰 王礼明 +2 位作者 李正羊 赵坤坤 叶霞 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2015年第7期57-60,共4页
针对某型号龙门数控机床工作台,利用Pro/E三维建模软件设计出两种工作台筋板的实体模型。以轻量化设计为优化目标,通过拓扑优化分析,合理配置结构,在拓扑优化基础上,提出利用ANSYS/Workbench有限元分析软件对工作台进行静动态特性研究... 针对某型号龙门数控机床工作台,利用Pro/E三维建模软件设计出两种工作台筋板的实体模型。以轻量化设计为优化目标,通过拓扑优化分析,合理配置结构,在拓扑优化基础上,提出利用ANSYS/Workbench有限元分析软件对工作台进行静动态特性研究。结果表明,在工作台质量略有降低的情况下,米字型筋板结构比原先的井字型筋板结构最大变形量减少29.7%,一、二阶固有频率分别提高18.5%和9.3%,提高了工作台的刚度,使其运动特性明显提升,为工作台的设计提供了理论依据。 展开更多
关键词 有限元分析 拓扑优化 筋板结构 动态特性
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横梁筋板的结构仿生设计及优化 被引量:7
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作者 田亚峰 李正羊 +2 位作者 王礼明 赵坤坤 叶霞 《机床与液压》 北大核心 2016年第20期5-9,43,共6页
结合Workbench有限元分析软件,基于对乌龟壳的结构仿生,设计了一种拱形与纵横筋板相结合的新型横梁筋板结构。通过无筋板横梁的应力分布云图和对乌龟壳的结构仿生确定横梁筋板结构;通过拓扑优化技术去除横梁结构的冗余质量;筋板结构确定... 结合Workbench有限元分析软件,基于对乌龟壳的结构仿生,设计了一种拱形与纵横筋板相结合的新型横梁筋板结构。通过无筋板横梁的应力分布云图和对乌龟壳的结构仿生确定横梁筋板结构;通过拓扑优化技术去除横梁结构的冗余质量;筋板结构确定后,通过优化技术,以横梁的形变量、质量及固有频率作为性能指标,对横梁的关键尺寸进行灵敏度分析,以达到优化横梁的目的。优化后的新型筋板结构横梁与原型横梁相比在性能有了明显的提升。 展开更多
关键词 横梁筋板 结构仿生 拓扑优化 灵敏度分析
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一种海洋平台甲板结构有频率约束的动力拓扑优化方法 被引量:1
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作者 郝清 赵德有 《中国海洋平台》 2007年第6期11-15,20,共6页
利用浙进优化的原理进行海洋平台甲板结构的动力优化。对海洋平台甲板建立具有频率禁区约束的结构动力优化设计的三维有限元模型;计算原结构的灵敏度,采用在灵敏度高的区域,加强原构件及增加构件的方法,使结构避开频率禁区,避免共振;在... 利用浙进优化的原理进行海洋平台甲板结构的动力优化。对海洋平台甲板建立具有频率禁区约束的结构动力优化设计的三维有限元模型;计算原结构的灵敏度,采用在灵敏度高的区域,加强原构件及增加构件的方法,使结构避开频率禁区,避免共振;在此基础上,通过删除构件,改变结构的拓扑形状,对结构进行渐进优化。可达到满足结构动力要求,减小结构质量的目的。 展开更多
关键词 拓扑优化 尺寸和形状优化 板梁组合结构
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基于拓扑优化的薄板加筋方法研究 被引量:6
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作者 钟焕杰 金海波 《机械设计与制造工程》 2015年第1期41-45,共5页
针对常规薄板加筋方法中加筋比和厚度比的选取具有一定随意性的问题,通过编程实现最优加筋比和厚度比的选取。鉴于常规加筋方法中设计变量较单一,通过对基板的拓扑优化,将薄板加筋结构中的筋条布局设计跟拓扑优化方法联系起来,使结构中... 针对常规薄板加筋方法中加筋比和厚度比的选取具有一定随意性的问题,通过编程实现最优加筋比和厚度比的选取。鉴于常规加筋方法中设计变量较单一,通过对基板的拓扑优化,将薄板加筋结构中的筋条布局设计跟拓扑优化方法联系起来,使结构中筋条的布局设计问题转化为基板中材料的分布问题,增加了筋条的设计变量。相对于常规加筋方法,拓扑优化指导加筋的方法能够达到减重的效果。 展开更多
关键词 加筋板 拓扑优化 稳定性
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TX-1600G镗铣加工中心镗轴滑枕结构拓扑优化设计 被引量:2
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作者 祝振林 舒启林 《制造技术与机床》 北大核心 2016年第3期50-55,共6页
为降低镗轴滑枕刚度、固有频率、重量等对加工零件精度的影响,以TX-1600G镗铣加工中心镗轴滑枕为研究对象。应用结构拓扑优化SIMP法并结合折衷规划法和功效函数法,通过间接法建立镗轴滑枕有限元拓扑优化模型,以应变能和模态特征值为综... 为降低镗轴滑枕刚度、固有频率、重量等对加工零件精度的影响,以TX-1600G镗铣加工中心镗轴滑枕为研究对象。应用结构拓扑优化SIMP法并结合折衷规划法和功效函数法,通过间接法建立镗轴滑枕有限元拓扑优化模型,以应变能和模态特征值为综合目标函数设计响应,结构体积为主要约束条件,进行拓扑优化并综合加工工艺等其它因数。在此基础上对比了几种筋板布局,发现双X形筋板综合性能最佳,选用该种筋板对滑枕进一步优化,完成了旨在提高镗轴滑枕动静态特性的多目标优化设计。并与原结构进行对比,验证了结构优化的有效性。为加工中心其他部件的拓扑优化及后续形状、尺寸优化提供了参考数据和基础。 展开更多
关键词 镗轴滑枕 刚度 固有频率 多目标拓扑优化 筋板结构设计
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面向动力学性能的薄壁加筋板结构阻尼与筋条布局协同优化设计 被引量:4
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作者 牛斌 闫家铭 +1 位作者 毛玉明 刘海洋 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第16期1912-1920,共9页
为减小薄壁加筋结构在动态环境下的振动,提出了加筋肋布局和阻尼层拓扑一体化设计方法。以含表层阻尼材料的薄壁加筋板结构为研究对象,结合阻尼材料惩罚模型与基结构优化方法,引入筋条密度和阻尼单元密度两类独立设计变量,考虑筋条和阻... 为减小薄壁加筋结构在动态环境下的振动,提出了加筋肋布局和阻尼层拓扑一体化设计方法。以含表层阻尼材料的薄壁加筋板结构为研究对象,结合阻尼材料惩罚模型与基结构优化方法,引入筋条密度和阻尼单元密度两类独立设计变量,考虑筋条和阻尼材料的体积约束,建立最小化动态柔度的阻尼材料拓扑和筋条布局的协同优化模型,实现面向动态响应最小化的含阻尼层的薄壁加筋结构最优设计。通过不同阻尼、不同频率下的含表面阻尼层加筋板的多个数值算例,验证了所提方法和模型的有效性。 展开更多
关键词 拓扑优化 加筋板 阻尼层 简谐激励
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筏型地基加强梁的拓扑优化分析
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作者 乔惠云 周克民 《华中科技大学学报(城市科学版)》 CAS 2008年第3期180-183,共4页
对筏型基础的加强梁分布进行拓扑优化分析,提出一种应力约束下的格栅结构的拓扑优化方法。采用正交异性增强复合材料模拟该类格栅连续体(或加肋板),该结构由无限细无限密的梁(或肋)构成。以梁在结点处的密度和方向作为设计变量,优化过... 对筏型基础的加强梁分布进行拓扑优化分析,提出一种应力约束下的格栅结构的拓扑优化方法。采用正交异性增强复合材料模拟该类格栅连续体(或加肋板),该结构由无限细无限密的梁(或肋)构成。以梁在结点处的密度和方向作为设计变量,优化过程采用满应力准则法,利用有限元分析,经过少量迭代可以建立优化的材料连续分布场。借助程序自动生成的弯矩分布图,指导加强梁或加强筋的分布与走向,成为加肋板,显著地减小板的挠度,可以在原有基础上适当减小板的厚度,节省材料。 展开更多
关键词 拓扑优化 应力约束 格栅 加肋板 筏型基础
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基于水平集法的薄板加强筋分布优化理论研究 被引量:5
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作者 崔荣华 崔天晨 +2 位作者 孙直 张维声 郭旭 《固体力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第6期587-593,共7页
基于水平集方法,提出薄板加强筋分布的拓扑优化理论.采用Kirchhoff板单元,通过刚度等效,分别使用不同的抗弯刚度表征薄板与加强筋,继而通过水平集方法描述加强筋的布局并进行加强筋分布拓扑优化.以最小柔顺度为设计目标,进行了几种典型... 基于水平集方法,提出薄板加强筋分布的拓扑优化理论.采用Kirchhoff板单元,通过刚度等效,分别使用不同的抗弯刚度表征薄板与加强筋,继而通过水平集方法描述加强筋的布局并进行加强筋分布拓扑优化.以最小柔顺度为设计目标,进行了几种典型载荷下加筋板结构的加筋分布优化设计,通过与变密度方法(SIMP)结果以及现有文献设计结果进行对比,验证了论文提出的加强筋分布拓扑优化理论.结果显示,论文方法能够避免灰度单元,获得清晰的加强筋优化布局和尺寸. 展开更多
关键词 拓扑优化 加筋板 水平集方法 薄板 等效刚度
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基于声功率灵敏度的仿生脉序优化方法研究
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作者 戴大力 肖新标 +2 位作者 陈辉 姚丹 金学松 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期138-147,共10页
通过仿照自然界双子叶植物叶脉的分布形式和生长特性,提出一种自适应成长的板壳结构加筋布局设计。采用仿生设计,将结构加筋分布的过程看作为一个逐级生长的分枝结构,从种子点位置出发,沿着使结构性能最优的方向进行生长同时将对结构性... 通过仿照自然界双子叶植物叶脉的分布形式和生长特性,提出一种自适应成长的板壳结构加筋布局设计。采用仿生设计,将结构加筋分布的过程看作为一个逐级生长的分枝结构,从种子点位置出发,沿着使结构性能最优的方向进行生长同时将对结构性能贡献最小的加强筋进行退化,逐步形成最优加筋布局。以矩形薄板为例,首先,通过典型算例的刚度优化进行方法验证;进而,结合有限元分析法和声辐射模态方法,获取结构辐射声功率并计算仿生脉序生长规律下的声功率灵敏度,基于声功率灵敏度分布和"单元生死"实现加筋布置,最终寻求辐射声功率最小的结构加筋布局方案;最后,调查了激励频率对加筋布局的影响。结果表明,仿生脉序优化法得到的加筋最优布局比现有传统方式更为有效,布局清晰,结果更优。相关分析可为轻质板壳结构的加筋布局优化设计提供科学指导。 展开更多
关键词 仿生脉序 薄板加筋 拓扑优化 声辐射 灵敏度分析
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