有限元网格节点优化排序方法研究

本文采用的有限元网格节点优化排序方法是一种归纳,演绎方法,通过对在网格半带宽最小时节点排列的一些特征进行了分析,从其中归纳的出三条规律,通过大量的算例来验证一和可靠性,结果表明,对于任意划分有限单元网格,该方法通过对节点的重新排序,能够优化出最佳的半带宽值,大大减少了计算机内存有空间,提高了运算效率。     

三维六面体有限元网格自动划分中的一种单元转换优化算法

本文采用十节点曲边四面体转换为六面体网格,并采用非线性约束优化算法取Ｌａｐｌａｃｉａｎ光滑处理算法有效地提高六面体单元的质量,实现了对任意实体的六面体网格自动划分。     

一种新的并行自适应网格有限元算法

给出了一种新的适用于流体力学问题的并行自适应有限元算法。首先，基于初始稀网格上获得的事后误差估算值，应用反复谱对剖分方法对初网格进行划分，使各子域上总体误差近似相等，从而解决并行自适应计算中的负载平衡问题。然后在各处理器上独立地求解整体问题，并进行指定子域上的网格自适应处理。最后将各子域上的自适应网格组合成一个整体网格，应用基于粘接元技术的区域分裂法在该网格上获得最终解。文末给出了数值实验结果。     

自适应多重网格有限元网格生成器研制

基于协调三角形剖分算法、分子表数据结构和Ｚｉｅｎｋｉｅｗｉｃｚ－Ｚｈｕ误估计方法，本文研制出适用于自适应多重网格有限元的网格生成器，该网格生成器可对复杂的区域进行自适应加密。当荷载作用边界随时间变及在动力荷载作用下，网格生成器可退化与再加密网格。     

一种人—机结合的二维有限元网格生成方法

本文提出了一种人一机结合的二维有限元网格生成方法,可将在CAD环境下绘制的矢量型网格图形自动地转换为有限元分析时所用的结点坐标和单元组信息。此方法能完全按人的意图生成网格形状,但比人工划分大大节省时间,而且对计算机硬件要求甚低,在任何PC机上都可应用、     

一种部分连续复合网格生成方法

本文描述了一种构造部分连续复合网络的偏微分方程的数值生成方法，该方法以泊松方程为变换控制方程，构造特定的边界条件，对复杂的蜗尾船型的横剖面进行了变换，变换出来的复合网格与单一区域网格相比，生成的网格质量有明显提高，并计算了另外一个例子，证明了该方法的通用性。     

结构有限元分析中阶跃型弹性约束的一种有效处理方法

本文通过引入弹性约束刚度矩阵和结构位移约束列阵，提出了结构有限元分析中处理阶跃型弹性约束的一种有效方法。该法通过改变弹性约束系数及位移非约束量大小，可方便有效地处理结点常弹性约束，刚性约束，阶跃型弹性的约束及阶跃型刚性约束等问题。     

一种微机械有限元仿真的多重网格预处理方法

在微机械结构设计中常用有限元方法进行仿真,然而,通用的三维有限元仿真算法在进行有限元分析时耗时较长,影响了仿真效率。针对常规MEMS工艺仅有二维成形能力的特征,提出了将二维多重网格方法融入条件共轭梯度法的预处理的方法。并以一种三明治式微加速度计的ANSYS模态分析为具体算例,提出了用多重网格思想对网点分布进行插值以求在不太提高条件数的情况下提高对这类低频非局部振型的模态分析问题的求解精度的二维预处理算法。所提出的多重网络的网络划分预处理算法将预处理前后的同精度分析计算时间由206 min减少到38 min,但相对精度从0.018%降低到了0.038%。这种算法可用于二维成形结构的静力分析和模态分析并提高设计效率。     

一种基于有限元网格的车身CAD曲面数据修复方法

针对车身CAD中非同构数据格式间的转换使自由形体的近似值发生变化而导致曲面片之间产生缝隙或网格叠加的情况,提出了一种基于有限元网格、应用于车身CAD曲面网格数据自动修复的方法。该方法还能够在一定程度上局部修复原来划分有缺陷的网格,从而降低对车身CAD模型有限元网格划分的质量要求,并通过工业复杂成形件的实际处理结果验证了该方法的有效性。     

异形截面桩截面参数优化设计研究

高层建筑物需要采用“异形截面桩” (简称异形桩)来提高承载力,为实现优化设计,需要对影响其力学性能的重要结构参数进行归类分析,在探究其影响机理的基础上,得出不同结构参数改变时异形桩承载能力的变化趋势与最优解。本文对异形桩进行参数化分析,在特定截面周长、面积的情况下,改变异形桩外尖角个数与夹角,探究不同截面参数对异形桩力学性能的影响,结果表明异形桩的竖向承载能力与横向抗弯能力都优于同样截面面积的管桩,且内凹型异形桩优于外凸型异形桩。     

一个网格优化的典型算例

构造了一个简单算例来显示在凸域中应用修匀技术也可能产生一个与最优网格相差很大的结果,进而说明在网格几何优化中应用数学规划法的必要性．     

基于响应面法的新型排翼式飞艇的气动优化设计

采用均匀试验设计的方法, 以后掠排翼式飞艇为初始气动外形, 后翼的轴、法向坐标为设计变量, 升力、阻力系数和升阻比为目标函数, 通过CFD结合响应面近似理论, 建立了气动参数的二阶响应面优化模型, 并针对排翼式飞艇的升阻特性进行了优化设计. 研究结果表明: 响应面方法是解决气动优化问题的一种行之有效的方法;优化后排翼式飞艇的气动性能得到明显改善, NACA0020, NACA0030, NACA0040排翼式飞艇的升阻比分别提高了9.61%, 6.08%, 13.08%; 飞翼的轴向和法向位置对各气动参数的影响不尽相同, 升力系数C_rm l和升阻比k对轴向位置更为敏感, 而轴向和法向位置对阻力系数C_d的影响则基本相当.      

一种变位移约束限的结构拓扑优化方法

针对仅有位移约束和重量最小的结构拓扑优化问题, 基于ICM(独立、连续、映射)方法思路,提出了一种变位移约束限的结构拓扑优化方法. 在每一轮子循环迭代求解开始时,为了控制拓扑设计变量的变化量, 形成和引进了新的位移约束限. 另外,建立了单元删除阈值和几轮迭代循环的单元删除策略. 为了确保优化迭代中结构非奇异和方法具有增添单元的功能,在结构孔洞和边界周围引入了一层人工材料单元,并建立了一套有效结构信息到结构最大设计域信息的映射转换方法. 结合对偶求解方法,形成了一种新的连续体结构的拓扑优化方法. 给出的算例表明该方法没有目标函数的振荡现象,且验证了该方法的正确性和有效性. 关键词:拓扑优化; 位移约束; 连续体结构; ICM方法; 渐进结构优化;      

一种三维结构拓扑优化设计方法

采用传统的渐进结构优化方法进行复杂三维结构拓扑优化设计的迭代过程中,常在一些迭代步,结构上会出现少量小的孤立体,从而使得结构奇异,以致结构拓扑优化迭代无法进行.为了解决这个问题,首先,采用沿结构边界和孔洞周围附加人工材料单元的措施,将结构拓扑优化模型近似等效地转变为一个非奇异结构拓扑优化模型.然后,针对各向同性和拉、压特性不同的所有材料结构,提出了一种三维结构拓扑渐进优化方法和相应的算法.最后,给出了几个典型和复杂的三维结构的拓扑优化设计算例.算例表明该方法是正确和有效的,且具有广泛的工程应用前景.     

基于设计空间调整的结构拓扑优化方法

提出了一种基于设计空间调整的结构拓扑优化方法,以求解有限元网格规模大的问题,且获得0/1拓扑解. 首先, 借鉴有理分式材料模型, 建立了材料刚度性质与拓扑变量的关系. 为了解决分析计算量大和需要解释得到的材料分布等问题,给出了一种不影响数学规划求解算法收敛特性的设计空间调整手段. 其次,当优化迭代求解接近结构最佳拓扑邻域后,采用了加速收敛求解的策略,并给出了一种加速收敛的启发式算法. 然后, 结合基于倒设计变量的位移函数的非完整二阶近似式,建立了一种基于设计空间调整的结构拓扑优化算法. 该方法能获得较好0--1分布特征的优化拓扑,能较好地处理多载荷和多约束的结构拓扑优化问题. 给出的算例表明通过结构分析模型规模的减小和传统的位移迭代求解法的采用,方法效率明显提高. 算例验证了该方法的正确性和有效性.      

基于拓扑优化技术的导弹折叠舵结构颤振优化设计

在高超声速飞行的过程中,导弹舵面会出现颤振问题,可在短短几秒内导致结构破坏甚至解体.为了改善舵面颤振特性,并让设计过程更加科学和高效,结合拓扑优化技术,开发了相应的优化程序应用于导弹折叠舵结构颤振抑制设计,获得比原始设计方案拥有更大颤振临界速度的折叠舵结构.结果表明该方法具有如下优点:相比传统的配重等方法,从拓扑优化的新思路高效、准确地获得新构型;将拓扑优化的前沿技术创造性地应用到改善导弹折叠舵颤振特性的实际工程问题上,并在设计后进行强度校核;将颤振这种复杂的流固耦合问题从结构动力学问题逐步简化为静力学模型,进而用拓扑优化方法高效解决.     

飞行器板筋结构优化设计的试验验证及分析

针对国内在结构拓扑优化上理论研究多、实验验证少的现状, 采用"敏度阈值" 等优化手段获得"创新结构", 并重点开展了传统与创新结构的试验对比与分析工作. 试验结果与数值仿真不仅具有良好的一致性, 而且还得到创新结构比传统结构刚度大(10%~30%), 应力低(10%~20%) 的结果, 运用"结构能量" 概念和能量原理给出了合理的解释. 对比试验不仅验证了敏度阈值等优化技术可以获得创新结构, 也为结构拓扑优化推广应用提供了宝贵的试验支撑.     

THEORETICAL INVESTIGATION ON THE DYNAMIC PERFORMANCE OF CMUT FOR DESIGN OPTIMIZATION

Although many modeling approaches exist for analyzing the behavior of capacitive micro-machined ultrasonic transducers(CMUTs),the relation equation between the design parameters with input and output is still lacking.What there is can only be used to analyze the dynamic performance of CMUT indirectly and qualitatively,such as stiffness and sound pressure.A lumped-parameter theoretical model based on the dynamic theory is proposed in this paper.The relation equations between the design parameters with inputs and outputs are given.The results obtained by the proposed model agree well with those by finite element method(FEM)simulation.The dynamic and static behavior of CMUT can be clearly depicted,which is helpful for design and optimization iterations.This shows that the proposed model makes it easier to optimize the parameters of a CMUT with respect to output and bandwidth directly and to better understand the influence of each parameter.     

结构及柔顺机构拓扑优化设计中的拓扑图提取

拓扑图提取是结构和柔顺机构拓扑优化设计中的重要课题, 然而, 基于有限元法的拓扑优化结果中常常出现棋盘格和中间密度单元, 这些问题直接影响着拓扑图的轮廓提取.并 指出棋盘格的消除、中间单元的取舍和拓扑图的轮廓提取是结构和柔顺机构拓扑图提取过程中的3个主要问题. 对拓扑优化中出现棋盘格和中间单元问题的原因及现有的解决方法进行了讨论. 对图像处理中的水平集方法、参数活动轮廓和边缘检测方法3种典型的轮廓提取方法也进行了讨论.