连续体结构

摘要： 为了实现使连续体结构的体积约束和柔顺度最小的拓扑优化及解决采用经典变密度法引起的结构优化结果存在如灰度单元、棋盘格等数值不稳定问题,提出了一种新的拓扑优化方法。首先,采用改进的固体各向同性材料惩罚法作为材料插值方案,建立结构拓扑优化模型;其次,通过引入基于高斯权重函数的敏度过滤法和设计新灰度单元抑制算子来解决数值不稳定问题;最后,借助优化准则法求解优化模型。通过算例分析可知:新策略可以改进拓扑优化方法;新的拓扑优化方法具有收敛速度较快、能更好地获取柔顺度小且拓扑构型好的优化结构和抑制灰度单元产生等优势。研究结果为其他连续体结构的拓扑优化研究提供了新思路。

摘要： 为了满足多性能指标要求,提出一种考虑静强度和疲劳约束的连续体结构拓扑优化设计方法。以带符号的von Mises应力的幅值和均值绝对值之和评定结构静强度,采用修正的Goodman疲劳准则评价结构疲劳强度,将结构静强度和疲劳约束分别转化为不同的应力约束,再采用P范数对单元应力进行近似最大处理,将局部约束转化全局约束。采用材料属性有理近似模型,以结构体积最小化作为优化目标,建立考虑静强度和疲劳约束的结构拓扑优化模型;采用移动渐近线算法求解基于多性能约束的拓扑优化问题。数值算例结果表明,所提设计方法获得的拓扑结构能够同时满足静强度和疲劳性能要求。

摘要： 针对在考虑自重影响的连续体结构拓扑优化中常见的问题,本研究提出一种新的拓扑优化方法。首先,为避免寄生效应,提出一种带惩罚的固体各向同性材料(SIMP)改进模型,建立刚度模量、质量密度和体积光滑惩罚函数三者间的合理匹配关系。同时,引入密度过滤、Heaviside映射的三场过滤方案,并提出一种低物理密度单元的体积变化率约束措施,从而极大地提高考虑自重效应的结构拓扑问题的优化计算效率,获得清晰的0-1分布。基于上述方法,建立以结构柔顺度最小为目标,同时考虑变体限约束、位移约束以及低物理密度单元的体积变化率约束等措施的优化模型。最后,采用MMA算法对优化模型进行求解,并通过算例验证本研究所提出的方法是正确有效的。

摘要： 传统的固体各向同性材料惩罚模型(SIMP)难以准确描述多相材料结构应力约束拓扑优化问题,鉴于此,提出一种基于可分离应力插值模型的多相材料结构应力约束拓扑优化设计方法.利用可分离应力插值模型计算多相材料结构的刚度和应力,以结构的体积最小化作为目标函数,采用改进的P范数求解各相材料结构的最大应力,以各相材料结构的最大应力作为约束,建立多相材料的结构全局应力约束拓扑优化模型,利用设计变量过滤技术避免数值不稳定性现象,采用移动渐近线优化算法求解多相材料结构应力约束拓扑优化问题.数值算例结果表明,采用多相材料结构全局应力约束拓扑优化获得的结构更加合理,能够有效地避免应力集中现象.

摘要： 研究结构几何尺寸、结构材料体积及作用载荷不确定条件下的连续体结构可靠性拓扑优化问题,提出基于改进比例拓扑优化(Improved Proportional Topology Optimization,IPTO)算法的可靠性拓扑优化方法.基于概率方法描述变量的不确定性,建立综合考虑材料体积约束和可靠性约束且使柔度最小的连续体结构可靠性拓扑优化数学模型;为提高计算效率,使用基于解耦思想的混合法将可靠性拓扑优化问题解耦成可靠性分析和当量确定性拓扑优化两个独立子问题.在可靠性分析阶段,遵循一阶可靠度法中可靠性指标的几何意义,获取满足可靠性约束且服从正态分布的随机变量,并通过逆变换对其进行修正;在当量确定性拓扑优化阶段,以修正后的随机变量作为设计参数,使用具有无需获取灵敏度信息功能的IPTO算法对结构执行拓扑优化设计.最后使用MBB梁和悬臂梁两个算例证实了所提方法的有效性.

摘要： 在工程问题中,结构支撑位置和结构材料分布具有相关性,同时优化结构拓扑形态及其支撑位置,可在一定的材料和支撑件个数的条件下,最大限度提高结构力学性能。通过引入独立的支撑单元,以连续变量描述支撑位置,提出一种连续体结构及其支撑位置协同优化设计方法。建立考虑结构刚度和结构平均特征值的多目标优化设计数学模型,并采用决定因子确定多目标优化的最优解,以受横向载荷作用的简支受弯薄板和简支弯扭薄板为例进行优化设计及分析,结果表明,协同优化设计结果的结构拓扑形态清晰,支撑位置明确,能同时有效优化结构的支撑位置和结构拓扑形态。相对于给定边界条件的标准拓扑优化设计,两算例中的静动态性能分别提升30%和88%以上,在满足约束条件的同时,能以更少的支撑个数,显著提升结构的静动态性能。

摘要： 以结构动柔顺度最小为目标,融合等效静载荷方法与双向渐进结构优化方法,提出了动载荷作用下连续体结构的动刚度拓扑优化方法.为了有效降低结构动力学拓扑优化问题的求解规模,通过等效静载荷方法将动态拓扑优化问题转变为静态拓扑优化问题,结合双向渐进结构优化方法实现结构的静力学拓扑优化.提出了一种设计域减缩方法降低连续体结构拓扑优化计算规模,构建了一种新颖的体积进化和优化收敛准则,显著提高了连续体结构的动刚度优化效率.数值算例结果表明,结构动柔顺度与约束体积均能渐进收敛于最优值,最优拓扑构形能够有效抑制动载荷作用下的结构振动,其优化算法具有一定的鲁棒性和适应性.提出的连续体结构动刚度拓扑优化方法拓展了基本渐进结构优化方法的应用范围,对于结构动力学优化设计具有重要的理论意义.

摘要： 在实际工程问题中,存在着一类承受分布力载荷作用的工程结构.为了实现此类结构的刚度设计要求,提出限制承载面变形的拓扑优化设计新模型.模型采用KS包络函数对承载面节点位移进行凝聚化处理,并推导了相应的伴随方程和敏度表达式.遵循独立连续映射法建模方式,采用一阶和二阶泰勒展开分别得到约束函数和目标函数的显式表达式.由此将优化问题转换为一系列标准二次规划子问题,采用序列二次规划算法进行高效、稳健求解.通过二维、三维数值算例验证了提出模型的可行性和有效性.结果 表明,所提出的列式和相应的优化求解算法能有效控制结构局部区域的最大变形量.

摘要： 本文基于独立、连续、映射ICM(Independent Continuous Mapping)方法,在满足结构位移约束的条件下,对改进的结构经济指标模型MWDC(Minimum Weight with a DisplacementConstraint)进行了进一步深入研究.针对多材料结构,建立了基于独立连续变量和复合指数过滤函数的位移约束双材料平面连续体结构拓扑优化模型,并进行了优化求解.

摘要： 本文采用拓扑优化相对密度法中的SIMP方法以及ICM方法,分别基于商用工程优化软件Altair-Optistruct、Matlab计算机语言优化程序和Nastran有限元软件平台,针对同一连续体结构进行了拓扑优化设计,并对以上三种方法的优化效率进行了对比研究.

摘要： 在连续体结构拓扑优化领域中,人工变密度法是一种较为成熟的算法.对结构单元的密度进行插值从而对单元密度进行惩罚,得到清晰的0-1密度分布是该方法的核心.对同一种结构的某个拓扑优化问题,采用不同的插值模型可能得到不同的拓扑结果.尤其对于动力类优化问题,常规的SIMP插值模型可能会导致结构低密度区域的比刚度过小,产生局部模态,影响优化问题的求解.针对这一问题,基于大连理工大学自主知识产权CAE软件平台SiPESC开发的拓扑优化子系统SiPESC.TOPO集成了多种插值模型,可供不同类型的拓扑优化问题选择.本文首先介绍各类插值模式的数学列式,然后阐述SiPESC.TOPO子系统中插值模式模块的实现方式和架构,最后针对若干复杂结构算例对比了采用不同插值模型得到的拓扑结果.

摘要： 应力约束的结构拓扑优化是一个研究热点,目前存在着应力奇异、应力集中等问题.为进一步解决连续体结构拓扑优化问题,本文主要提出了一种基于应力约束的连续体结构拓扑优化模型化技术与优化设计方法.该方法结合实体各向同性材料惩罚法、设计空间优化概念和考虑密度变量的离散条件产生黑/白设计,自动地实现设计空间的扩展和减缩,减少了结构特性分析和其灵敏度分析量.提出了一种与qp近似类似的有效应力近似式处理应力奇异现象,用结构应力的范数度量函数作为罚函数解决结构应力集中问题和强化优化拓扑的0/1分布.采用两个结构应力的不同范数度量函数、自动选取几个子区域上最潜在的主动单元应力约束、变化的应力和体积约束限精确地控制局部应力水平及减缓结构最大应力波动.基于移动渐近线方法来近似获得目标函数中结构应力的范数度量函数的二次近似式,以达到可使用二次规划法求解优化子问题来提高计算效率.整个优化过程分为二个优化调整阶段和一个阶段转化步,给出了各阶段的近似模型和高效的求解算法.在第二优化阶段和阶段转化步,给出一种启发式算法提高效率,同时可获得纯的黑/白分布的优化结构拓扑.给出的数值算例验证了方法的正确性和有效性.

摘要： 考虑应力约束的连续体结构拓扑优化设计具有很好的工程应用前景,己受到国内外诸多学者关注.该课题研究虽已取得进展,但还有一些亟待解决的问题.本文主要介绍连续体结构拓扑优化常用的数值模拟方法和优化求解算法、应力约束拓扑问题的研究进展,并展望今后的研究方向.

摘要： 结构动力阻尼一直是分析中较难处理的一个问题.在大部分情况下,对于连续体结构,为分析方便,阻尼往往都被忽略.考虑到大部分连续体结构,其结构阻尼相对较弱(如钢材、钢筋混凝土材料等),可以考虑将阻尼项作为摄动值,利用矩阵摄动理论,较好的解决了这一问题.这里主要讨论了如何运用矩阵摄动理论解决一般阻尼问题的模态迭加法.结果表明,即使在一般阻尼矩阵(或非比例阻尼矩阵)情况下,运用矩阵摄动方法,在并不增加很大计算量的前提前下,仍然可以使用模态叠加法.通过实例表明,这种法简单实用,计算量小,具有较好的精度.

摘要： 本文基于ICM(独立、连续、映射)方法,引入指数型过滤函数,建立了屈曲约束下,以结构重量为目标的连续体结构拓扑优化模型.在优化模型的建立过程中,利用泰勒展式将屈曲约束近似显式化,并将目标函数作二阶近似展开.该理论模型的建立拓展了ICM方法的理论应用.

摘要： 本文研究了一种同时考虑拓扑优化和尺寸优化的连续体结构优化方法.在提出的方法里,结合材料属性的有理近似模型,采用归一化处理方法将两类变量的组合优化问题转化成[0 ,1]区间的连续变量优化问题.基于对偶优化方法,提出了一套优化模型的求解算法.方法能对拓扑设计空间进行调整,并调整尺寸变量.提出的方法具有较好的收敛性,能够获得具有较好0-1分布的拓扑结构.

摘要： 通过拓扑优化可以得到传力路径,不同传力路径对应不同内力载荷.为了得到不同内力载荷需求的传力路径,以结构重量最小为目标,以内力为约束建立拓扑优化模型,基于单位载荷法将内力显式化,通过迭代调整两个路径上的内力使其比值达到一个稳定的值,从而获得满足内力约束的传力路径.算例表明:不同的内力约束可以得到不同的传力路径.

摘要： 通过拓扑优化可以得到传力路径,不同传力路径对应不同内力载荷.为了得到不同内力载荷需求的传力路径,以结构重量最小为目标,以内力为约束建立拓扑优化模型,基于单位载荷法将内力显式化,通过迭代调整两个路径上的内力使其比值达到一个稳定的值,从而获得满足内力约束的传力路径.算例表明:不同的内力约束可以得到不同的传力路径.

摘要： 本发明涉及一种用于产生连续的浆体流的浆体泵，所述浆体泵具有：至少两个以泵送运行和抽吸运行交替的泵单元(1，2)；抽吸管道(4)，所述抽吸管道具有与泵单元分开作用的、用于主动地引起浆体压缩的增压装置(3)；输送管道(5)和用于在泵单元(1，2)之间切换的切换装置(7)，其中在第一运行状态下为了输送浆体通过切换装置(7)，至少一个第一泵单元(1)在泵送运行中与输送管道(5)连接并且至少一个第二泵单元(2)在抽吸运行中与抽吸管道(4)连接，其中在第二运行状态下通过切换装置(7)，至少一个第一泵单元(1)在抽吸运行中与输送管道(5)连接并且至少一个第二泵单元(2)在泵送运行中与抽吸管道(4)连接，以及增压装置(3)切换成不作用。

摘要： 本发明公开了一种基于折纸结构的气动连续体机构，包括安装组件、折纸组件以及气驱动组件，安装组件包括底板和控制盒；折纸组件包括多个折纸结构，多个折纸结构并列支撑在底板和控制盒之间，每个折纸结构自身可折叠并且可折叠的连接底板和控制盒，气驱动组件包括多根波纹管，多根波纹管并列支撑在底板和控制盒之间，每根波纹管设有用于送气和排气的接头。本发明提供一种基于折纸结构的气动连续体机构及连续体机器人，基于气驱动方式，复杂的控制一个多自由度的多层预制体模块，释放了工作空间以及环境，解决了需要的驱动单元较多、难以实现轻量化的难题。使可折叠结构既轻量化、紧凑，又具有伸缩性和微型化，同时保持其运动性能。

摘要： 本发明是一种用于两个结构体之间相对位置连续可调的安装结构，该安装结构的微调是通过调整两个螺栓(5)旋入固定螺母(2)的长短来控制两个梯形块(3)在隔板(6)上的梯形孔内沿楔面的滑动距离，该滑动距离在外腔滑道滑动方向上的分量即为滑块(4)在外腔滑道方向上的连续可调距离；同时，滑块(4)承受的垂向载荷通过梯形块(3)、螺栓(5)传至支架(1)，该结构简单紧凑，承载能力较强，具有相对位置连续可调、可靠性、安全性较高的优点。

摘要： 本实用新型有关于一种袋体结构，侧周缘具有至少一封合部，底端封设有封口部，内部形成有用以置放内容物的容置空间，容置空间上端部开设开口部，其特征在于：容置空间的内表面设有一奈米抗病毒材料涂料层，当用户以此袋体结构填装水果、食物或药品等内容物时，因内表面涂设奈米抗病毒材料涂料层，而不至于如传统袋体结构容易腐蚀且不易保鲜而影响填装置内容物的食用质量与安全，有效达到抗菌、抗病、除臭与保鲜优势。本实用新型亦提供一种连续袋体结构及一种包装袋体结构。

摘要： 本实用新型公开了一种连续纺丝机的辊体和鼓体结构，包括牵丝辊体和鼓体，所述牵丝辊体和鼓体为多个台阶的牵丝辊体和与所述牵丝辊体的多个台阶辊体数目相同的多个台阶鼓体，本实用新型与现有技术比较具有四次牵伸和丝的强度高而需要对现有纺丝机进行改造的优点。

摘要： 本实用新型公开了一种连续纤维增强型结构体复合管的电熔焊接接口结构，将复合管的端口去除掉外层结构体和增强芯层，露出内层；外层结构体比增强芯层多去除一段形成台阶式缺口，用塑料将缺口填充形成一个与结构体一样高度的实壁结构；两根复合管的端口对接在一起，实壁结构接口布上电熔丝A，实壁结构接口外侧包覆多条片状连续纤维增强电熔带；电熔丝A两端连接到可拆卸的接线柱A1、接线柱A2。本实用新型在结构上设计合理，制作起来方便快捷，实用性很高，适合推广使用；在制备成管材的基础上，在接线柱连接电熔焊机设备进行通电焊接成连接结构，制作简单快捷。

摘要： 本公开涉及连续体器械领域，公开一种可生长连续体器械，包括可生长管和一个或多个串联的连续体结构。可生长管包括内层、外层以及位于内、外层之间的流体腔。可生长管包括可翻展区域，内、外层在可翻展区域相连并且可翻展。连续体结构位于可生长管中。连续体结构包括多个间隔盘和一个或多个连接结构。连接结构包括一根或多根柔性结构骨，其两端分别与相邻的间隔盘固定连接，沿间隔盘的周向分布。多个连续体结构至少包括第一、第二连续体结构，第一、第二连接结构的柔性结构骨数量不同。该连续体器械的多个连续体结构可以向不同方向弯曲，以适应复杂的弯曲环境，且不会对腔道造成损伤。

摘要： 本发明公开一种基于独立连续映射法的多材料连续体结构拓扑优化设计方法，包括以下步骤：(1)确定连续体结构设计参数：包括设计域尺寸、结构边界条件，实际承载工况；(2)建立优化模型：包括优化目标、位移约束条件及收敛准则初始预设条件的确定。(3)建立独立拓扑变量同约束条件和优化目标之间的关系，将优化方程进行标准化处理；(4)对优化方程进行求解，并基于设定的迭代循环体系及收敛条件，对优化列式进行更新；(5)优化结果的输出，获得多材料结构最优拓扑构型、结构重量分数迭代曲线。本发明给出了一种实用的多材料连续体结构设计方法，在满足结构位移约束条件下，以结构重量最轻为目标。在工程实际中有重要意义。

摘要： 本发明公开了一种基于连续体结构拓扑优化的树状结构拓扑创构方法，所述基于连续体结构拓扑优化的树状结构拓扑创构方法，应用连续体结构拓扑优化ICM法，建立重量约束下结构总应变能极小化的拓扑优化模型，依据单约束优化问题的鞍点条件建立优化迭代格式。本发明不需要事先设定树状结构的层数、层高、分枝数、屋面结构与树状结构支承连接位置等信息，具有更大的设计空间。数值算例表明所提出的基于结构拓扑优化ICM法的树状结构创构是可行的，可为概念设计阶段的树状结构提供多样化的拓扑形态。

摘要： 本发明公开了一种离散桁架结构和连续体结构形状优化的相对敏度方法。对于包含结构外形与截面尺寸两类变量耦合的离散桁架和连续体类结构形状优化问题，以目标和约束的相对敏度确定混合离散优化问题迭代方向，计算使离散桁架和连续体类结构目标性能最好的截面尺寸与结构外形变量。确定迭代方向的规则为：在可行域内，迭代方向为使目标函数下降最快而约束增加最少的坐标方向；在可行域外，迭代方向为使目标函数增加最少而约束降低最多的坐标方向；若该迭代方向对应的变量为连续变量，则设离散变量值为常量，按连续变量优化方法优化所有连续变量。