基于磨光反演映射的拓扑优化ICM方法

对结构拓扑优化ICM（independent continuous mapping）方法中的磨光映射和过滤映射加以拓广,利用反演映射极限形式的磨光特性构造其与过滤映射相协调的复合映射.由于该复合映射的叠加离散效应,首先引入幂函数和正弦函数的复合形式过滤函数,用ICM方法建立位移约束下重量最小为目标的连续体结构拓扑优化模型,并采用二次规划精确对偶算法进行求解.再将求得的离散解为主的连续最优解依照动态反演策略,用最佳阈值和理性反演函数求出最严格的0 1离散解,给出了拓扑优化“离散→连续”和“连续→离散”先后相反的二阶段解法.基于MATLAB软件平台开发了相应的拓扑优化计算程序,给出的数值算例对该文提出的方法进行验证,结果表明：该方法计算效率高,最优解灰度单元少,反演后结构重量更小,并且能够计算出更合理的结构拓扑.     

频率约束板结构拓扑优化

论文利用ICM(独立、连续、映射)方法建立了频率约束下平板结构重量最轻的拓扑优化模型.采用指数函数作为单元重量、单元质量阵及单元刚度阵的过滤函数.通过瑞利商对刚度过滤函数倒变量的泰勒一阶展式,将频率约束近似显式化.利用对偶理论将含有大量设计变量的约束优化模型转化为易于求解的少设计变量拟无约束优化模型,通过序列二次规划将转化模型进行求解,提高了求解的效率.论文选择MSC.Patran&Nastran软件及PCL二次开发语言构架了平板结构频率约束拓扑优化问题的软件.数值算例表明:论文的方法具有迭代稳定性和收敛高效性.     

连续体结构拓扑优化应力约束凝聚化的ICM方法

为克服应力约束下拓扑优化问题约束数目多、应力敏度计算量大的困难,提出 了应力约束化凝聚化的ICM方法. 在利用Mises强度理论将应力约束转换成应变能约束后, 提出了应力约束凝聚化的两条途径：其一为应力全局化的方法,其二为应力约束集成化的方 法. 由此建立了多工况下以重量为目标、以凝聚化应变能为约束的连续体结构优化模型,并 利用对偶理论对优化模型进行了求解. 4个数值算例表明：该方法具有较高的计算效率,得 到的拓扑结构比较合理,不仅适用于二维连续体结构,也适用于三维连续体结构.     

频率约束的三维连续体结构动力拓扑优化设计

针对频率约束和结构重量最小的动力拓扑优化问题, 基于(independent continuous mapping, ICM)独立、连续、映射方法,建立了频率约束下的三维连续体拓扑优化模型. 利用瑞利商和一阶泰勒展式对频率约束进行了显式化处理,并采用幂函数与复合指数函数作为过滤函数,将优化模型进行了标准化转换, 利用对偶理论及数学规划法进行了求解. 另外,利用质量矩阵和刚度矩阵过滤函数比值与动态约束处理了局部模态和模态交换等数值问题. 最后,通过应用两类不同过滤函数的数值算例表明了文中模型及方法在处理动力拓扑优化问题上的合理性与有效性.     

比较基于化整交融应力拓扑优化诸解法的效果

由于单元应力属于局部性能约束,导致相应的结构拓扑优化存在难以承受的大量约束条件;尽管化整方法极大地减少了约束数量,但是优化结果中有少数应力超限现象.为此,本文在应力约束的结构拓扑优化中,瞄准克服应力超限和提高求解效率两个目标,进行了探索.提出了乘子法及序列二次规划(SQP)法两种解法,首先在化整交融(即化整-集成)解法...     

互逆规划理论及其用于建立结构拓扑优化的合理模型

在数学规划的领域里定义了互逆规划——各自目标函数与约束条件位置相互交换的一对规划. 接着指出,尽管互逆规划与对 偶规划在表面上似乎类似,但是二者存在 5 点不同:(1) 是否为同一个问题的不同;(2) 存在``对偶间隙'与否的不同;(3) 设计变量数目的不同;(4) 是否单目标与多目标问题的不同;(5) 问题合理与否的不同. 然后,基于互逆规划的定义,用以审视结 构拓扑优化模型,给出如下结果:(1) 从这个角度洞悉,在结构优化中,确实有不合理的模型一直被沿用着;(2) 找到了修正不 合理模型使之合理化的方法;(3) 对于给定体积下的柔顺度最小化 (MCVC) 模型,指出了其不合理的原因;(4) MCVC 模型实际是互 逆规划的 m 方,由此建立起其对应的 s 方, 即给出了多个柔顺度约束的体积最小化 (MVCC) 模型;(5)给出了MVCC模型中的结构 柔顺度约束的物理解释和算法,论证了 ICM (independent continuous and mapping) 方法以往关于全局化应力约束的概念和方法;(6)数值算例表明了 MCVC 与 MVCC 模型作为互逆规划的差异,且印证了 MVCC 模型的合理性.MCVC 模型在不同体积约束及多工况下不同的权系数时,得到最优拓扑不同;但 MVCC 模型在多工况柔顺度约束下可得到唯一的最优拓扑.      

阶跃函数高精度逼近的结构拓扑优化方法

为了提高ICM(Independent Continuous and Mapping,即独立、连续及映射)方法求解结构拓扑优化问题的效率,本文改进了阶跃函数及其反函数的近似逼近函数——磨光函数和过滤函数。首先,分别对ICM方法的磨光函数和过滤函数按其近似性质进行了分类,分别提出了左磨函数及上磨函数和快滤函数、慢滤函数诸概念。然后得到了区分左磨函数和上磨函数、快滤函数和慢滤函数的两个判别定理;并得到了上磨函数、快滤函数、左磨函数及慢滤函数的对应定理。进而给出了磨光函数和过滤函数的使用准则及构造方法。采用高精度逼近阶跃函数的指数类函数做左磨函数,建立近似程度更高的结构拓扑优化模型。上述策略带来了模型非线性程度的提高,增加了求解难度。为此,针对该模型给出了精确对偶映射下的序列二次近似解法。最后,以位移约束下结构重量最轻化问题为例,叙述了相应的算法。与以往采用幂函数做磨光函数时算例结果的比较表明,该模型的提法合理,算法更加有效。由于提高了对阶跃函数及其反函数的逼近程度,从而显著减少了优化迭代的次数。     

理论力学课程教学高阶性建设的探索与实践1)

课程是人才培养的核心要素,课程质量直接决定人才培养质量。为深入推进课堂教学改革,本文以理论力学课程的教学改革和实践为研究平台,结合学生的高阶思维能力培养和课程目标的高阶性设计思路,讨论了理论力学课程高阶性建设的思路和实践。通过构建\"1+4+$N$\"的课堂教学体系,梳理课程知识点,将教与学相统一。并以点的合成运动为例,分析了课程高阶性建设的实施路径和策略,从而为提高人才培养质量进行的课程教育教学改革提供一些思路和借鉴。     

3D打印连续纤维复合材料工艺、结构优化研究进展

连续纤维增强复合材料由于优异的比强度、比刚度、可设计性和轻量化特质, 日益受到航空航天等高端装备制造领域的青睐. 3D打印技术的发展改变了连续纤维复合材料结构的生产制造流程, 使复杂结构的自由成型成为可能, 为先进结构材料提供了巨大的设计空间. 为充分发挥先进材料性能优势和3D打印成型灵活性, 研究人员分别从材料性能和结构设计出发, 探索与3D打印连续纤维复合材料相适应的设计制造一体化解决方案, 实现产品创新设计和性能提升. 本文系统性地回顾了面向连续纤维复合材料性能分析、工艺改进和结构优化的研究工作, 结合研究实践对连续纤维复合材料的结构多尺度优化方法进行总结分析, 并对未来先进材料结构设计实时化、功能化、智能化的发展趋势进行探讨和展望.     

理论力学课程研究型教学模式的探索与实践

理论力学课程的研究型教学弥补了基础教学课堂在内容方面的缺憾, 在培养大学生的创新精神和工程实践能力方面起到了重要作用. 本文给出了理论力学课程在进行研究型模式探索中的教学设计思路和一些教学实践, 改革了课堂教学, 在提高学生的主动学习意识和积极思维能力方面, 收到了良好的教学效果.