对连续体结构拓扑优化合理模型的再探讨

连续体结构拓扑优化存在不同的建模方式,针对不同优化模型,有必要比较不同模型间的异同以避免错误地理解及使用优化模型,同时也有必要探讨不同优化模型的适用性及合理性问题。结构重量及刚度指标是结构优化中最常用的两个指标,本文通过建立体积约束下最小化结构柔顺度模型,及位移约束下重量极小化模型,详细分析比较了在不同荷载形式、单荷载工况及多荷载工况下两种优化模型的异同,并以高层建筑大型支撑结构的拓扑优化设计应用为例,讨论了两种模型的适用性,最后在结论中给出了两种模型的优缺点及适用性。所得结论对连续体结构拓扑优化在工程中的应用及此领域内的学术研究均具有参考价值。     

连续体结构屈曲约束的ICM方法拓扑优化

基于ICM(独立、连续、映射)方法解决具有屈曲约束的连续体拓扑优化问题。建立以结构重量为目标,以屈曲临界力为约束的拓扑优化模型;采用独立的连续拓扑变量,借助泰勒展式将目标函数作二阶近似展开;借助瑞利商、泰勒展式、过滤函数将约束化为近似显函数,避免了灵敏度的计算;将优化模型转化为对偶规划,并利用序列二次规划求解,减少了设计变量的数目,缩小了模型的求解规模。给出三个算例,结果表明:该方法可有效地解决屈曲约束的连续体拓扑优化问题,能够得到合理的拓扑结构,并有较高的计算效率。     

函数变换下的满应力设计方法

本文从函数变换下函数高阶展式出发,推出了无穷个满应力公式,在空间桁架结构和平面框架结构中分别进行了16种情况下的满应力实现,并进行了相应的数值实验,得到了关于收敛较快公式的初步结论。     

辛体系下利用棱单元的电磁波导的计算

为了解决复杂形状横截面的电磁波导问题,根据电磁波导的Hamilton体系,在辛几何形式下采用有限元半解析横向离散的方法对电磁波导进行求解.该方法可应用于任意各向异性材料,且便于处理不同介质的界面条件,求解用解析方法难以求解的复杂问题.利用棱单元进行有限元离散,给出矩形波导、T隔膜矩形波导、分层波导等多种波导的具体算例,其数值结果逼近于真实解,且伪解消除,表明该方法有效.     

基于响应面法的五心底结构形状优化

三心底结构是国防、航空及航天等领域经常采用的结构,其旋转母线是由三段弧线组成的,对应着三个圆心,故得名三心底。三心底结构可调整的参数变量少,优化潜力小。根据三心底的形状推广出五心底结构,增加可调整的参数变量,然后对其进行优化。将响应面方法与模型参数化相结合,建立了以结构重量为目标及以结构强度为约束的形状优化模型。根据结...     

研发数字孪生体——计算力学从数值模拟和仿真升华到新的分支之一

数字孪生体（digital twin，简称DT）概念的提出，开启了在虚拟的数字时空中以影伴实对实物的研究。本文以飞机结构DT的实施，从设计–制造–运行–维护–退役的5个阶段，分析了计算力学从数值模拟和仿真阶段升华到DT阶段，揭示了全寿命周期过程亟待解决的诸多问题。提炼出8个关键技术：动因、诀窍、途径、牵连、动态、转换、前推和层次。从深度和广度上展望了计算力学DT发展的自身深化和侧向迁移等。