首页 | 本学科首页   官方微博 | 高级检索  
相似文献
 共查询到19条相似文献,搜索用时 125 毫秒
1.
复合材料周期性线弹性微结构的拓扑优化设计   总被引:20,自引:4,他引:16  
提出复合材料周期性线弹性微结构拓扑优化设计的模型,模型1设计具有极值弹性特性的复合材料,模型2设计工况最刚微结构单胞。通过该模型和均匀化技术可以获得优化的微结构单胞,进而改善或者得到最优宏观特性的复合材料。为了便于制造和应用,用胞体材料而不是多相材料来得到复合材料的极值弹性特性和最大刚度。优化结果表明,该模型与数值方法相结合可以有效地实现微结构的拓扑优化设计。  相似文献   

2.
多孔材料因具有轻量化、高孔隙率和减振/散热等优良多物理特性,在航空航天等领域具有广阔应用前景。采用拓扑优化方法对含多种多孔材料的结构进行结构与材料微结构构型一体化设计,有助于获得具有优良力学性能的结构设计。然而,传统逆均匀化微结构设计方法无法确保不同多孔材料微结构之间的连接性,设计结果不具备可制造性。本文面向含多种多孔材料的双尺度结构基频最大化设计问题,考虑不同微结构之间的连接性,协同设计多孔材料的微结构构型及其在宏观尺度下的布局。采用均匀化方法计算多孔材料的宏观等效力学性能,通过对不同多孔材料微结构单胞的边界区域采用相同的拓扑描述确保双尺度优化过程中任意空间排布下不同微结构的连接性,并通过优化算法确定微结构间的连接形式及微结构拓扑。在宏观尺度,提出结合离散材料插值模型和RAMP插值模型RAMP (Rational Approximation of Material Properties)的多孔材料各向异性宏观等效刚度及质量插值模型,获得清晰的多孔材料宏观尺度布局并减轻优化过程中伪振动模态的影响。建立以双尺度结构基频最大化为目标,以材料用量为约束的优化列式,推导灵敏度表达式,并基于梯度优化算法求解双尺度结构拓扑优化问题。数值算例表明,采用本文优化方法能够有效确保基频最大化双尺度结构设计中不同多孔材料微结构之间的连接性,增强优化设计结果的可制造性。  相似文献   

3.
基于遗传算法的复合材料细观结构拓扑优化设计   总被引:2,自引:0,他引:2  
利用高精度通用单胞模型将复合材料的细观拓扑结构与宏观力学性能结合起来,采用遗传算法对复合材料的细观结构进行优化,发展了基于遗传算法的复合材料细观结构拓扑优化设计方法.以材料的宏观力学性能为优化目标,从随机的初始细观结构出发,对复合材料纤维体积百分比进行约束,经过迭代获得满足设计要求的代表性体积单元.在优化过程中,对遗传算法的交叉过程作了较大的改进,实现了复合材料细观拓扑结构的任意变化,提高了对可行域的搜索效率.分别以极限剪切模量和泊松比为优化目标,验证了所提出优化方法的正确性和有效性.  相似文献   

4.
基于拓扑描述函数的特定性能复合材料设计   总被引:1,自引:0,他引:1  
赵康  郭旭  丁佳 《力学学报》2005,37(5):586-592
提出了一种基于拓扑描述函数进行特定性能复合材料设计的新方法. 采用拓扑描 述函数作为设计变量,把复合材料微结构的设计问题转化为一个在周期性单胞上的拓扑优 化问题. 拓扑描述函数以及相应正则化机制的引入不仅可以有效消除棋盘格式等数值不稳定 现象,而且能够有效地抑制传统算法处理此类优化问题时所引发的边界扩散效应. 数值结果 表明所提出的方法可以稳定高效地实现具有特定性能的复合材料微结构设计.  相似文献   

5.
理想的骨折内固定植入物在组织愈合或修复的过程中, 其结构性能需要满足不同愈合阶段对生物力学的需求. 提出一种对生物可降解复合材料微结构的时变刚度特性进行调控设计的拓扑优化方法, 以达到理想的骨折内固定植入物特殊的时变刚度特性需求. 使用具有不同降解速率和刚度的两种可降解材料, 以相对密度作为设计变量来描述不同材料的分布, 以特定降解时间步中间结构的刚度之和最大为优化目标, 对复合材料微结构的构型进行拓扑优化设计, 使其具有符合骨愈合规律的时变刚度特性. 使用均匀腐蚀方法, 利用与时间相关的材料残留率描述结构的降解过程, 建立考虑时间维度材料降解的有限元模型, 基于Heaviside函数和Kreisselmeier-Steinhauser函数建立降解更新的连续方程, 利用均匀化方法得到不同降解时间步中间结构的力学性能, 并计算优化目标对于设计变量的灵敏度. 通过与仅使用单材料的结构和无时变刚度特性调控的拓扑优化结构进行对比, 验证了所提出设计方法的有效性, 并研究了不同参数对单胞优化构型和时变刚度特性的影响.   相似文献   

6.
在传统双向渐进结构优化(BESO)方法基础上,充分考虑材料和结构的尺度关联性,基于均匀化理论将材料微结构胞元设计和宏观结构拓扑优化相结合,按照材料属性排序引入材料插值函数依次进行灵敏分析,建立周期性多相材料微结构布局及宏观结构拓扑并发优化设计方法。优化过程中,宏观结构受力的特性嵌入微观敏度生成过程,使得新型材料具备了特定宏观结构力学需求的更加轻型、高强的最佳力学性能;同时,微观材料胞元的等效材料属性又是宏观结构优化的基础材料,从而使得材料/结构具有尺度上的统一。相关算例说明该方法在解决多相材料微观分布优化和周期性多相材料微结构布局及宏观结构拓扑并发优化问题时具有边界清晰和收敛快等优点。  相似文献   

7.
采用基于单元(结点)密度为设计变量进行结构和材料的拓扑优化设计时,有限元网格的密度对优化设计有很大影响.在以渗透系数为目标进行材料微结构设计时,为了较好地描述单胞中的流固边界,需要将单胞划分为很小的网格,进一步增加了有限元计算和优化分析的规模.为了降低计算规模,研究了基于自适应网格的逆均匀化方法,以最大化各向同性等效渗透系数为目标,进行材料微结构设计.优化迭代过程中,对单胞中流固界面处的网格进行自适应加密,降低优化问题的计算规模.采用这一算法,对不同初始密度分布得到的单胞优化结果虽然不同,但具有相同的材料微结构,一定程度上说明了该方法的有效性.  相似文献   

8.
研究了循环对称结构多尺度拓扑优化问题,阐明了均匀化等效性能的基本性质,提出了循环对称单胞的特征参数概念,建立了均匀化映射计算方法,构造了等效性能的三元参数插值模型,有效简化了不同特征参数、微结构构型与体分比下的单胞均匀化等效过程.通过微结构的特征驱动建模与B样条参数化,克服了微结构拓扑优化变量多和变量离散难以保证其光滑连接的问题.给出了典型数值算例,比较了等比例排列单胞与等间距排列单胞对结构优化结果的影响,验证了多尺度优化方法的有效性.  相似文献   

9.
多孔压电驻极体是带有分布电荷的孔洞聚合物材料,是一种新型的压电材料.多孔压电驻极体材料的宏观压电性与内部孔洞微结构的构型和分布密切相关.将多孔压电驻极体材料看成含周期微结构的复合材料,采用渐近均匀化理论求解宏观等效系数性质,基于变密度法和拓扑优化方法,利用ANSYS的APDL参数化设计语言编制基于有限元分析的优化程序,给出最优的孔洞微结构拓扑,获得最大压电系数.  相似文献   

10.
基于对传统双向渐进结构优化(BESO)方法的改进,通过均匀化方法建立微观尺度多相材料布局分布与宏观结构材料弹性张量之间的联系,集成宏观结构所得到的位移场,推导出带有宏观结构力学特性的微观灵敏度。提出以宏观结构最大刚度为目标、对极小尺度周期性排列的材料微结构胞元进行布局优化设计的方法。本文算例结果表明,该方法在微结构多相材料布局优化设计过程中,不仅克服了拓扑优化领域常见的"棋盘格"现象,得到了边界清晰、受力合理的多相材料合理分布布局优化结果,而且整体优化过程稳定,具有很强的工程实际应用价值。  相似文献   

11.
HOMOGENIZATION—BASED TOPOLOGY DESIGN FOR PURE TORSION OF COMPOSITE SHAFTS   总被引:1,自引:0,他引:1  
In conjunction with the homogenization theory and the finite element method, the mathematical models for designing the corss-section of composite shafts by maximizing the torsion rigidity are developed in this paper. To obtain the extremal torsion rigidity, both the cross-section of the macro scale shaft and the representative microstructure of the composite material are optimized using the new models. The micro scale computational model addresses the problem of finding the periodic microstructures with extreme shear moduli. The optimal microstructure obtained with the new model and the homogenization method can be used to improve and optimize natural or artificial materials. In order to be more practical for engineering applications, cellular materials rather than ranked materials are used in the optimal process in the existence of optimal bounds for the elastic properties. Moreover, the macro scale model is proposed to optimize the cross-section of the torsional shaft based on the tailared composites. The validating optimal results show that the models are very effective in obtaining composites with extreme elastic properties, and the cross-section of the composite shaft with the extremal torsion rigidity. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (10172078 and 10102018)  相似文献   

12.
多相孔隙介质的本构描述   总被引:11,自引:1,他引:10  
在混合物理论的框架内,提出了一个处理和和非饱和的多相孔隙介质(工程材料)变形和强度本构建模的新方法,并给出了相应的具体描述,该方法将多相工程材料看成由两个层次的3种混合物模型组成,即第一层次的“固相”和“液相”混合物模型和第二层次的由“固相”和“液相”组成的混合物模型,用该模型来模拟要研究的多相工程材料,这里定义的“固相”和“液相”实际上也是由各自组分组成的混合物,用以反映“固相”介质和“液相”介  相似文献   

13.
The mechanism of obtaining high-strength mesocomposite materials with a cellular microstructure is studied. It is shown that the formation of the mesocomposite microstructure is determined by the method of pressing characterized by high strains and strain rates, and also by the mesocomposite composition; the high-plasticity matrix and nondeformable particles of the hardening phase, which are not bonded to the mesocomposite matrix, assist in the process of self-organization, i.e., formation of a cellular microstructure. The set of mesocomposite properties is studied to understand the general laws of mesocomposite formation and optimize the composition. A composite with an optimal composition is obtained, which retains high electrical conductivity of copper and sufficiently high plasticity necessary for its effective application; its strength is greater than the base strength by an order of magnitude; moreover, its strength and wear resistance are much higher than those of dispersion-hardened alloys obtained by the method of internal oxidation. The results obtained can be used for creating new composite materials.  相似文献   

14.
多相材料微结构多目标拓扑优化设计   总被引:8,自引:3,他引:5  
孙士平  张卫红 《力学学报》2006,38(5):633-638
在采用多尺度均匀化方法求解微结构等效特性的基础上,提出了多相材料 微结构的多目标优化设计模型. 以组分材料用量为约束,采用周长控制消除棋盘格,结合有 限元方法和对偶凸规划求解技术,对两相和三相材料微结构多项等效模量的组合进行了优化 设计. 研究比较了微结构网格粗细、材料组分以及三相材料微结构优化中的两相实体材料弹 性模量相对比例不同对优化结果的影响. 数值算例验证了优化模型和优化算法的有效性,表 明了相关因素对优化结果的影响.  相似文献   

15.
强度是结构材料最重要的一项性能指标,但如何预报纤维增强复合材料的极限承载能力却依然还是一个世界性难题. 经作者及其团队多年来的不懈努力,使得实现由原始组份性能计算复合材料强度的目标不再遥不可及. 本文围绕如何达到这一目标进行简要介绍. 也许不久之后,一旦纤维和基体材料的性能数据库建立起来,任何一个复合材料结构的设计与开发将不再依赖于甚至无需任何实验. 这不仅能节省大笔实验费用,而且能大幅缩短复合材料新产品的问世周期,促进复合材料更加广泛和更为有效地应用.  相似文献   

16.
张峻铭  杨伟东  李岩 《力学进展》2021,51(4):865-900
复合材料以其轻质高强高模、可设计性强等优点成为结构轻量化的重要用材. 然而, 随着复合材料组分、结构以及性能需求的日益复杂化, 以实验观测、理论建模和数值模拟为主体的传统研究范式, 在复合材料力学性能分析、设计和制造等方面遇到了新的科学问题与技术瓶颈. 其中, 实验观测不足、理论模型缺乏、数值分析受限、结果验证困难等问题在一定程度上制约了先进复合材料在面向未来工程领域中应用的发展. 人工智能方法以数据驱动的模型替代传统研究中的数学力学模型, 直接由高维高通量数据建立变量间的复杂关系, 捕捉传统力学研究方法难以发现的规律, 在复杂系统的分析、预测、优化方面拥有与生俱来的优势. 而通过人工智能赋能来寻求复合材料中传统研究方法所面临难题的新的解决方案, 目前已成为复合材料研究领域的发展趋势. 本文综述并评价了人工智能方法在复合材料性能预测、优化设计、制造检测及健康监测等方面的研究进展, 并对未来发展方向进行了探讨和展望.   相似文献   

17.
弹塑性复合材料力学性能的细观研究   总被引:4,自引:0,他引:4  
应用细观力学的Eshelby等效夹杂理论研究了复合材料的弹塑性问题。以铝基复合材料为例,建立了多轴载荷下复合材料弹塑性应力-应变关系,并且理论预报与实验结果符合较好,分析了夹杂形状、体积分数及加载路径对材料宏观性能的影响。同时,还研究了热塑性复合材料热膨胀系数与工艺温度之间的变化规律,分析了热残余应变对材料设计的影响。  相似文献   

18.
The use of pulsed thermography as a non-destructive evaluation tool for damage monitoring of composite materials has dramatically increased in the past decade. Typically, optical flashes are used as external heating sources, which may cause poor defect definition especially for thicker materials or multiple delaminations. SMArt thermography is a new alternative to standard pulsed thermography as it overcomes the limitations on the use of external thermal sources. Such a novel technology enables a built-in, fast and in-depth assessment of both surface and internal material defects by embedding shape memory alloy wires in traditional carbon fibre reinforced composite laminates. However, a theoretical model of thermal wave propagation for SMArt thermography, especially in the presence of internal structural defects, is needed to better interpret the observations/data measured during the experiments. The objective of this paper was to develop an analytical model for SMArt thermography to predict the depth of flaws/damage within composite materials based on experimental data. This model can also be used to predict the temperature contrast on the surface of the laminate, accounting for defect depth, size and opening, thermal properties of material and defect filler, thickness of the component, and intensity of the excitation energy. The results showed that the analytical model gives good predictions compared to experimental data. This paper is one of the first pioneering work showing the use thermography as a quantitative non-destructive tool where defect size and depth could be assessed with good accuracy.  相似文献   

19.
与传统的金属材料相比,复合材料具有比强度高、比模量大,耐疲劳性、耐腐蚀性好,且热性能和电性能良好等优点。本文选择复合材料对简支梁进行铺层设计,首先从简支梁的受力分析入手,根据复合材料力学的经典层合板理论和弹性力学的基本方程,建立简支梁的数学模型;然后对简支梁进行结构设计,确定简支梁的铺层角度与铺层数目,构建复合材料结构,对复合材料简支梁进行静力学分析;最后利用蔡吴张量准则进行强度校核。  相似文献   

设为首页 | 免责声明 | 关于勤云 | 加入收藏

Copyright©北京勤云科技发展有限公司  京ICP备09084417号