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Thermoelastic Structural Topology Optimization Based on Moving Morphable Components Framework 被引量:1
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作者 Jun Yan Qi Xu +3 位作者 Zhirui Fan Zunyi Duan Hongze Du Dongling Geng 《Computer Modeling in Engineering & Sciences》 SCIE EI 2021年第9期1179-1196,共18页
This study investigates structural topology optimization of thermoelastic structures considering two kinds of objectives ofminimumstructural compliance and elastic strain energy with a specified available volume const... This study investigates structural topology optimization of thermoelastic structures considering two kinds of objectives ofminimumstructural compliance and elastic strain energy with a specified available volume constraint.To explicitly express the configuration evolution in the structural topology optimization under combination of mechanical and thermal load conditions,the moving morphable components(MMC)framework is adopted.Based on the characteristics of the MMC framework,the number of design variables can be reduced substantially.Corresponding optimization formulation in the MMC topology optimization framework and numerical solution procedures are developed for several numerical examples.Different optimization results are obtained with structural compliance and elastic strain energy as objectives,respectively,for thermoelastic problems.The effectiveness of the proposed optimization formulation is validated by the numerical examples.It is revealed that for the optimization design of the thermoelastic structural strength,the objective function with the minimum structural strain energy can achieve a better performance than that from structural compliance design. 展开更多
关键词 Thermoelastic structure topology optimization moving morphable components minimum structural compliance minimum strain energy
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Explicit Topology Optimization Design of Stiffened Plate Structures Based on the Moving Morphable Component(MMC)Method
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作者 Xudong Jiang Chang Liu +5 位作者 Shaohui Zhang Weisheng Zhang ZongliangDu Xiaoyu Zhang Huizhong Zeng Xu Guo 《Computer Modeling in Engineering & Sciences》 SCIE EI 2023年第5期809-838,共30页
This paper proposes an explicit method for topology optimization of stiffened plate structures.The present work is devoted to simultaneously optimizing stiffeners’shape,size and layout by seeking the optimal geometry... This paper proposes an explicit method for topology optimization of stiffened plate structures.The present work is devoted to simultaneously optimizing stiffeners’shape,size and layout by seeking the optimal geometry parameters of a series of moving morphable components(MMC).The stiffeners with straight skeletons and the stiffeners with curved skeletons are considered to enhance the modeling and optimization capability of the current approach.All the stiffeners are represented under the Lagrangian-description framework in a fully explicit way,and the adaptive ground structure method,as well as dynamically updated plate/shell elements,is used to obtain optimized designs with more accurate analysis results.Compared with existing works,the proposed approach provides an explicit description of the structure.Thus,a stiffened plate structure with clear stiffener distribution and smooth geometric boundary can be obtained.Several numerical examples provided,including straight and curved stiffeners,hierarchical stiffeners,and a stiffened plate with a cutout,validate the effectiveness and applicability of the proposed approach. 展开更多
关键词 Topology optimization stiffened plate structures moving morphable component(mmc) straight/curved skeletons
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基于移动可变形组件法(MMC)的运载火箭传力机架结构的轻量化设计 被引量:11
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作者 李佳霖 赵剑 +2 位作者 孙直 郭杏林 郭旭 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期244-251,共8页
传力机架是运载火箭箭体与发动机连接的关键部件,负责将发动机推力载荷有效的传递至箭体,其结构的轻量化设计不仅可以保障火箭发动机的推重比、提高火箭的稳定性,还可以为我国未来可重复使用式火箭的研究提供一定的参考.本文在移动可变... 传力机架是运载火箭箭体与发动机连接的关键部件,负责将发动机推力载荷有效的传递至箭体,其结构的轻量化设计不仅可以保障火箭发动机的推重比、提高火箭的稳定性,还可以为我国未来可重复使用式火箭的研究提供一定的参考.本文在移动可变形组件(moving morphable component, MMC)的框架下,提出了一种解决传力机架结构轻量化设计的方法.在该方法中,机架结构的拓扑通过一组具有显式几何信息的组件来表示,这使最终优化布局可以被少量的设计变量所描述.通过分析传力机架结构设计的特点和要求,以刚度最大化为目标,体积分数(保证结构重量)为约束,建立了基于MMC显式拓扑优化方法下的问题列式.同时搭建了可对工程中传力机架结构轻量化设计的平台,并进行相应结构的拓扑优化.在两种载荷工况(即零位状态和摇摆状态)作用下,最终优化结果在中间推力载荷区域与锥段相连位置之间,所形成的较大翼板结构增强了传力机架的抗弯能力.通过与传统机架结构的对比,证明了本文所提出方法在传力机架结构轻量化设计方面的有效性. 展开更多
关键词 拓扑优化 移动可变形组件法 轻量化设计 运载火箭 传力机架
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基于SIMP-MMC结构尺寸精确控制拓扑优化方法 被引量:6
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作者 张军峰 廖靖宇 刘恩海 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期102-110,共9页
随着结构拓扑优化方法的发展,为提高其优化结果的工程可制造性,部分学者提出了整合现有拓扑优化方法的策略。具体地,探讨了基于变密度法与可移动变形组件法相融合的拓扑优化方法。该方法首先利用变密度法中的幂函数特性,以快速获得结构... 随着结构拓扑优化方法的发展,为提高其优化结果的工程可制造性,部分学者提出了整合现有拓扑优化方法的策略。具体地,探讨了基于变密度法与可移动变形组件法相融合的拓扑优化方法。该方法首先利用变密度法中的幂函数特性,以快速获得结构主传力路径;其次针对变密度法中的灰度单元,提出采用Otsu阈值处理算法以最大化反映二值拓扑结构信息;在此基础上,利用形态学思想构建了以结构骨架拐点为分界的组件,并过渡到可移动变形组件法完成优化,最终获得精确结构尺寸。分别通过对二维与三维数值算例的最小柔度拓扑优化问题计算,得到结构边界光滑且精确尺寸的优化结果,验证了该方法的有效性。 展开更多
关键词 Otsu阈值处理方法 形态学思想 变密度法 可移动变形组件法 最小柔度
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An Optimization Approach for Stiffener Layout of Composite Stiffened Panels Based on Moving Morphable Components(MMCs) 被引量:7
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作者 Zhi Sun Ronghua Cui +3 位作者 Tianchen Cui Chang Liu Shanshan Shi Xu Guo 《Acta Mechanica Solida Sinica》 SCIE EI CSCD 2020年第5期650-662,共13页
An explicit topology optimization method for the stiffener layout of composite stiffened panels is proposed based on moving morphable components(MMCs).The skin and stiffeners are considered as panels with different be... An explicit topology optimization method for the stiffener layout of composite stiffened panels is proposed based on moving morphable components(MMCs).The skin and stiffeners are considered as panels with different bending stiffnesses,with the use of equivalent stiffness method.Then the location and geometric properties of composite stiffeners are determined by several MMCs to perform topology optimization,which can greatly simplify the finite element model.With the objective of maximizing structural stiffness,several typical cases with various loading and boundary conditions are selected as numerical examples to demonstrate the proposed method.The numerical examples illustrate that the proposed method can provide clear stiffener layout and explicit geometry information,which is not limited within the framework of parameter and size optimization.The mechanical properties of composite stiffened panels can be fully enhanced. 展开更多
关键词 Topology optimization Composite stiffened panels Stiffener layout moving morphable components(mmcs)
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多荷载情况下基于MMC拓扑优化方法的拉压杆模型研究 被引量:2
6
作者 乔文正 陈国荣 《重庆建筑》 2020年第10期31-34,共4页
在实际工程中,多种荷载往往并不是同时作用的,而是存在荷载组合的问题,因此,多荷载条件下的基于优化的拉压杆模型研究具有重要的理论和实际意义。该文将基于可移动变形组件拓扑优化方法用于混凝土结构设计中,通过求解体积约束下柔度最... 在实际工程中,多种荷载往往并不是同时作用的,而是存在荷载组合的问题,因此,多荷载条件下的基于优化的拉压杆模型研究具有重要的理论和实际意义。该文将基于可移动变形组件拓扑优化方法用于混凝土结构设计中,通过求解体积约束下柔度最小的优化问题,自动产生最优拓扑,进而产生可靠的拉压杆模型。通过混凝土简支梁算例,分别得出单荷载和多荷载条件下的拉压杆模型,并证实了这一思路可行且高效。 展开更多
关键词 拉压杆模型 拓扑优化 可移动变形组件 多荷载情况
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Structural Optimization of Fiber-Reinforced Material Based on Moving Morphable Components (MMCs) 被引量:1
7
作者 Zhi Sun Ziwen Song +1 位作者 Junfu Song Haiyan Li 《Acta Mechanica Solida Sinica》 SCIE EI CSCD 2022年第4期632-646,共15页
Fiber-reinforced composite materials have excellent specific stiffness,specific strength,and other properties,and have been increasingly widely used in the field of advanced structures.However,the design space dimensi... Fiber-reinforced composite materials have excellent specific stiffness,specific strength,and other properties,and have been increasingly widely used in the field of advanced structures.However,the design space dimensions of fiber-reinforced composite materials will expand explosively,bringing challenges to the efficient analysis and optimal design of structures.In this paper,the authors propose an explicit topology optimization method based on the moving morphable components for designing the fiber-reinforced material.We constrain the intersection area between components to guarantee the independence of each component and avoid the situation that one component is cut by other components.Adding the fiber orientation angle as a design variable,the method can optimize the structural layout and the fiber orientation angle concurrently under the given number of fiber layers and layer thickness.We use two classical examples to verify the feasibility and accuracy of the proposed method.The optimized results are in good agreement with the designs obtained by the 99-line code.The authors also popularize the proposed method to engineering structure.The results manifest that the proposed method has great value in engineering application. 展开更多
关键词 Fiber-reinforced composite materials moving morphable components(mmcs) Topology optimization Fiber orientation angle
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MMC拓扑优化方法的拉-压杆模型研究
8
作者 陈阵 李元松 +2 位作者 杨毛毛 陶文华 占森方 《四川建材》 2022年第7期24-26,共3页
拉-压杆模型可以有效解决结构应力扰动区配筋设计这一难题,其中拉-压杆的构形是其核心内容,对于D区结构的设计具有重要意义。基于可移动变形组件的显式拓扑优化方法是一种创新的拓扑优化方法,介绍了MMC法拓扑优化原理及流程等,并将MMC... 拉-压杆模型可以有效解决结构应力扰动区配筋设计这一难题,其中拉-压杆的构形是其核心内容,对于D区结构的设计具有重要意义。基于可移动变形组件的显式拓扑优化方法是一种创新的拓扑优化方法,介绍了MMC法拓扑优化原理及流程等,并将MMC法应用于拉-压杆模型的构建。基于MMC法以某一深梁为实例,拓扑优化后构建出的拉-压杆模型与大型有限元软件Abaqus拓扑优化结果进行对比,结果验证了基于MMC法构建拉-压杆模型的可行性与简便性。 展开更多
关键词 拉-压杆模型 应力扰动区 可移动变形组件 深梁
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基于Pyramid-Attention-U-Net深度学习模型的实时拓扑优化设计
9
作者 史冬岩 王立夫 +1 位作者 张博洋 李光亮 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2024年第11期217-224,共8页
拓扑优化设计可为现代工程提供具有卓越热学、力学及声学等多学科性能的创新型结构,移动变形组件法(Moving Morphable Components,MMC)以其独特的显示拓扑优化方法备受青睐,MMC法通过一系列可移动变形的显示组件间的移动、变形、重叠实... 拓扑优化设计可为现代工程提供具有卓越热学、力学及声学等多学科性能的创新型结构,移动变形组件法(Moving Morphable Components,MMC)以其独特的显示拓扑优化方法备受青睐,MMC法通过一系列可移动变形的显示组件间的移动、变形、重叠实现边界演化以完成结构优化的目的。该文利用椭圆形初始组件替代原有直线型骨架厚度二次变化组件进行拓扑优化。在减少设计变量次数的同时,可缩短一定的计算时间,但在实际计算中,随着初始组件单元数增加,中间迭代计算过程时间依旧相对较多,为精确实时获取拓扑优化构型,该文引入Pyramid-Attention-U-Net(PA-U-Net)深度学习模型加速优化设计,避免中间迭代计算过程。研究结果表明:该方法不仅在可忽略的计算时间内准确实时获取不同参数下的初始组件拓扑构型,而且准确率可达90.89%,高于其他深度学习网络模型。同时这种将深度学习与拓扑优化方法有机结合的形式在大型工程结构优化设计中具有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 拓扑优化 深度学习 实时 移动变形组件法 PA-U-Net
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改进的可移动变形组件拓扑优化方法
10
作者 李鹏 程文涛 +2 位作者 杜艺博 丁瀛 占金青 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期879-885,共7页
针对经典可移动变形组件法的优化结果易受组件初始化影响的不足,设计了基于双循环机制的改进的MMC算法,内循环基于可移动变形组件法,实现快速寻优;外循环基于组件贡献率设计俄罗斯轮盘赌算法,然后选择、删除和替换部分组件,最终将重新... 针对经典可移动变形组件法的优化结果易受组件初始化影响的不足,设计了基于双循环机制的改进的MMC算法,内循环基于可移动变形组件法,实现快速寻优;外循环基于组件贡献率设计俄罗斯轮盘赌算法,然后选择、删除和替换部分组件,最终将重新构造的结构引入内循环再次寻优。MBB梁和短悬臂梁的优化算例表明,相比于经典MMC算法,改进的MMC方法虽然运算成本明显增加,却较好地克服了组件初始化对寻优结果的影响,并获得了更佳的优化效果。 展开更多
关键词 拓扑优化 可移动变形组件法 有限元分析 灵敏度分析 俄罗斯轮盘赌
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数据驱动下的声学器件音质优化
11
作者 许磊 张维声 +1 位作者 朱宝 郭旭 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2024年第3期253-260,共8页
音质是声学器件声音表现的重要衡量标准.但音质的优化过程需要对大量频点的响应进行协同优化,造成优化问题的可求解性较差.该文提出了一种数据驱动下的声学通道拓扑优化设计方法,可实现声-结构系统中的声频响快速预测,进而借助显式拓扑... 音质是声学器件声音表现的重要衡量标准.但音质的优化过程需要对大量频点的响应进行协同优化,造成优化问题的可求解性较差.该文提出了一种数据驱动下的声学通道拓扑优化设计方法,可实现声-结构系统中的声频响快速预测,进而借助显式拓扑优化技术实现声学器件的音质优化.通过人工神经网络对结构几何参数、激励频率与声频响之间的非线性关系进行建模,以可移动变形组件(moving morphable components,MMC)法中的结构几何参数、激励频率为输入变量,以声压频响作为输出变量,通过训练多层前馈网络建立了声频响的人工神经网络模型.所得结果可以有效地将目标频带内的声压级范围差从44.89 dB缩小至6.49 dB,相较于传统优化方法,求解速度约为之前的16.3倍,表明了当前方法对音质优化问题的快速求解具有明显效果. 展开更多
关键词 拓扑优化 声-结构系统 人工神经网络 可移动变形组件法 音质
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Topology optimization of plate structures using plate element-based moving morphable component(MMC)approach 被引量:4
12
作者 Tianchen Cui Zhi Sun +3 位作者 Chang Liu Linyuan Li Ronghua Cui Xu Guo 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第2期412-421,共10页
A topology optimization approach for designing the layout of plate structures is proposed in this article.In this approach,structural mechanical behavior is analyzed under the framework of Kirchhoff plate theory,and s... A topology optimization approach for designing the layout of plate structures is proposed in this article.In this approach,structural mechanical behavior is analyzed under the framework of Kirchhoff plate theory,and structural topology is described explicitly by a set of moving morphable components.Compared to the existing treatments where structural topology is generally described in an implicit manner,the adopted explicit geometry/layout description has demonstrated its advantages on several aspects.Firstly,the number of design variables is reduced substantially.Secondly,the obtained optimized designs are pure black-and-white and contain no gray regions.Besides,numerical experiments show that the use of Kirchhoff plate element helps save 95-99%computational time,compared with traditional treatments where solid elements are used for finite element analysis.Moreover the accuracy of the proposed method is also validated through a comparison with the corresponding theoretical solutions.Several numerical examples are also provided to demonstrate the effectiveness of the proposed approach. 展开更多
关键词 Plate structure Topology optimization moving morphable component(mmc) Kirchhoff plate theory
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Explicit Topology Optimization with Moving Morphable Component(MMC)Introduction Mechanism 被引量:3
13
作者 Tianchen Cni Zongliang Du +2 位作者 Chang Liu Zhi Sun Xu Guo 《Acta Mechanica Solida Sinica》 SCIE EI CSCD 2022年第3期384-408,共25页
In this article,an explicit topology optimization approach with components-growing ability is proposed under the moving morphable component(MMC)framework.In this approach,the shape and topology layout of structures ar... In this article,an explicit topology optimization approach with components-growing ability is proposed under the moving morphable component(MMC)framework.In this approach,the shape and topology layout of structures are explicitly optimized by growth evolution of moving morphable components.To this end,a competition criterion is developed to optimize the structural layout from two options:adding several new components or changing the current layout.In addition,some numerical technqiues are also developed to preserve the stability of the iterative process.The present topology optimization approach allows rational generation of new components and does not require a specific distribution of components in the initial design,which is compulsory for the conventional MMC method.Three numerical examples are provided to illustrate the effectiveness of the proposed method.The optimization results indicate that the proposed method does have the potential to improve the existing MMC-based explicit topology optimization framework by eliminating the initial design dependency of optimal solutions. 展开更多
关键词 Topology optimization moving morphable component(mmc) Component introduction mechanism
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基于压电驱动的多材料主动结构显式拓扑优化设计
14
作者 延晓晔 赖旗 +1 位作者 孟尧 张维声 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2024年第11期1372-1380,共9页
结构的轻量化设计在工业领域中一直受到高度重视.与仅通过材料本身的刚度抵抗外界载荷作用的被动结构不同,主动结构通过主动改变结构的内力驱动变形从而实现结构轻量化.该文提出了一种基于可移动变形组件(moving morphable components,M... 结构的轻量化设计在工业领域中一直受到高度重视.与仅通过材料本身的刚度抵抗外界载荷作用的被动结构不同,主动结构通过主动改变结构的内力驱动变形从而实现结构轻量化.该文提出了一种基于可移动变形组件(moving morphable components,MMC)法的压电多材料主动结构的显式拓扑优化方法.该方法在满足位移约束的前提下,通过同时优化结构拓扑以及压电驱动器的分布实现了主动结构的总质量最小化.为了优化极化特征以实现复杂载荷环境下的自适应压电驱动作用,引入3组独立的MMC组件分别描述弹性材料和压电材料的分布及其相应的极化特征,以得到具有显式几何描述的复合材料主动结构.数值算例表明相比于被动结构,基于压电驱动作用的多材料主动结构能更有效地实现结构轻量化设计. 展开更多
关键词 移动可变形组件法 拓扑优化 多材料 压电效应 主动结构
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Topology Optimization Considering Steady-State Structural Dynamic Responses via Moving Morphable Component(MMC)Approach
15
作者 Jialin Li Youwei Zhang +3 位作者 Zongliang Du Weisheng Zhang Xinglin Guo Xu Guo 《Acta Mechanica Solida Sinica》 SCIE EI CSCD 2022年第6期949-960,共12页
This work presents a moving morphable component(MMC)-based framework for solving topology optimization problems considering both single-frequency and band-frequency steady-state structural dynamic responses.In this wo... This work presents a moving morphable component(MMC)-based framework for solving topology optimization problems considering both single-frequency and band-frequency steady-state structural dynamic responses.In this work,a set of morphable components are introduced as the basic building blocks for topology optimization,and the optimized structural layout can be found by optimizing the parameters characterizing the locations and geometries of the components explicitly.The degree of freedom(DOF)elimination technique is also employed to delete unnecessary DOFs at each iteration.Since the proposed approach solves the corresponding optimization problems in an explicit way,some challenging issues(e.g.,the large computational burden related to finite element analysis and sensitivity analysis,the localized eigenmodes in low material density regions,and the impact of excitation frequency on the optimization process)associated with the traditional approaches can be circumvented naturally.Numerical results show that the proposed approach is effective for solving topology optimization problems involving structural dynamic behaviors,especially when high-frequency responses are considered. 展开更多
关键词 Topology optimization moving morphable component(mmc) Structural dynamic response Dynamic compliance
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Self-consistent Clustering Analysis-Based Moving Morphable Component(SMMC)Method for Multiscale Topology Optimization
16
作者 Yangfan Li Jiachen Guo +1 位作者 Hengyang Li Huihan Chen 《Acta Mechanica Solida Sinica》 SCIE EI CSCD 2023年第6期884-898,共15页
Current multiscale topology optimization restricts the solution space by enforcing the use of a few repetitive microstructures that are predetermined,and thus lack the ability for structural concerns like buckling str... Current multiscale topology optimization restricts the solution space by enforcing the use of a few repetitive microstructures that are predetermined,and thus lack the ability for structural concerns like buckling strength,robustness,and multi-functionality.Therefore,in this paper,a new multiscale concurrent topology optimization design,referred to as the self-consistent analysis-based moving morphable component(SMMC)method,is proposed.Compared with the conventional moving morphable component method,the proposed method seeks to optimize both material and structure simultaneously by explicitly designing both macrostructure and representative volume element(RVE)-level microstructures.Numerical examples with transducer design requirements are provided to demonstrate the superiority of the SMMC method in comparison to traditional methods.The proposed method has broad impact in areas of integrated industrial manufacturing design:to solve for the optimized macro and microstructures under the objective function and constraints,to calculate the structural response efficiently using a reduced-order model:self-consistent analysis,and to link the SMMC method to manufacturing(industrial manufacturing or additive manufacturing)based on the design requirements and application areas. 展开更多
关键词 Topology optimization moving morphable component method Multiscale concurrent design Reduced-order model
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基于数据驱动的舵面结构优化设计 被引量:4
17
作者 时光辉 贾宜播 +4 位作者 郝文宇 武文华 李强 林晔 杜宗亮 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期2577-2587,共11页
在航空航天领域,基于结构拓扑优化理论的轻量化设计需求逐步增加;而一些高端装备的空气舵通常服役于严酷的热力耦合环境中,对其进行高效地轻量化设计兼具挑战和重要意义.对于给定的载荷,薄壁结构的刚度特性可以通过增加肋或加强筋而得... 在航空航天领域,基于结构拓扑优化理论的轻量化设计需求逐步增加;而一些高端装备的空气舵通常服役于严酷的热力耦合环境中,对其进行高效地轻量化设计兼具挑战和重要意义.对于给定的载荷,薄壁结构的刚度特性可以通过增加肋或加强筋而得到显著增强,这与空气舵结构的设计需求高度一致.然而,传统隐式拓扑优化框架下的加筋设计存在设计变量数目多、计算效率较低、不易保证筋条几何特征以及不便直接将优化设计结果导入CAD系统等问题.本研究采用了全新的显式拓扑优化方法-移动可变形组件法(MMC),并结合数据驱动对具有异形封闭几何特征的空气舵进行高效加筋设计.该方法直接对筋条骨架的几何信息进行优化,具有设计变量少、计算效率高、优化结果可与CAD软件无缝衔接等优势,从而解决了采用隐式拓扑优化方法及后续模型重构、参数优化等冗余步骤所面临的优化周期长、对设计人员经验依赖性强等问题.进一步,建立了加筋布局与关键力学性质映射的人工神经网络模型;将其作为代理模型进行优化可极为高效地得到高质量的初始设计,从而显著提升了舵面结构优化设计的效率.文章设计框架融合了结构拓扑优化算法与人工神经网络技术,可以推广应用于其他高端装备的智能设计. 展开更多
关键词 拓扑优化 移动可变形组件法 数据驱动 舵面结构 优化设计
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考虑平稳随机响应的显式结构拓扑优化 被引量:2
18
作者 李佳霖 张有为 +2 位作者 张维声 郭杏林 郭旭 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期505-513,共9页
随机载荷是工程结构在服役中经常承受的一种复杂的载荷形式,通常采用统计学特性对其进行描述。对随机载荷作用下的结构进行拓扑优化设计是一项极具挑战性的工作,其主要难点在于,(1)传统隐式拓扑优化方法的设计变量数巨大,且用于结构动... 随机载荷是工程结构在服役中经常承受的一种复杂的载荷形式,通常采用统计学特性对其进行描述。对随机载荷作用下的结构进行拓扑优化设计是一项极具挑战性的工作,其主要难点在于,(1)传统隐式拓扑优化方法的设计变量数巨大,且用于结构动态性能拓扑优化问题时存在虚假模态等数值不稳定问题;(2)对结构的随机动力响应统计量及其灵敏度进行计算需要极大的计算量;(3)隐式拓扑优化框架下的分析模型与优化模型强耦合,导致结构有限元模型具有极高的自由度,进一步加剧了上述困难。本文基于移动可变形组件框架和虚拟激励法理论,提出了一种平稳随机载荷作用下结构的显式拓扑优化设计方法。通过将一系列可移动和可变形的结构组件作为优化的基础单元,实现了使用少量设计变量描述结构拓扑构型的目的。采用虚拟激励法、自由度删除技术和模态位移法有效降低了对结构进行随机振动分析和灵敏度分析的计算量。在此基础上,以结构柔顺度的标准差为目标函数、以设计域内实体材料的体积为约束条件,实现了限带白噪声作用下结构的拓扑优化设计,并通过数值算例验证了本文方法的有效性。 展开更多
关键词 拓扑优化 移动可变形组件法(mmc) 自由度删除技术 虚拟激励法 平稳随机响应
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基于可移动变形组件拓扑优化方法的梁柱节点拉压杆模型研究 被引量:4
19
作者 乔文正 陈国荣 路国运 《太原理工大学学报》 CAS 北大核心 2021年第3期444-449,共6页
梁柱节点的拉压杆模型研究具有重要的理论研究意义和实际应用价值。采用可移动变形组件显式拓扑优化方法对拉压杆模型进行分析,克服了传统隐式拓扑优化方法的缺点。该方法将拉压杆模型问题转换为求解体积约束下柔度最小的优化问题。通... 梁柱节点的拉压杆模型研究具有重要的理论研究意义和实际应用价值。采用可移动变形组件显式拓扑优化方法对拉压杆模型进行分析,克服了传统隐式拓扑优化方法的缺点。该方法将拉压杆模型问题转换为求解体积约束下柔度最小的优化问题。通过一组可移动、变形、交叉和重叠的组件来自动形成最优拓扑,进而获取可靠的拉压杆模型。通过三种不同荷载作用下梁柱节点的算例,分析了单荷载和多荷载工况下的拉压杆模型,证明了这一方法的可行性、有效性和高效性。 展开更多
关键词 拉压杆模型 梁柱节点 可移动变形组件 拓扑优化
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考虑增材制造悬垂约束的传力机架轻量化设计方法 被引量:1
20
作者 叶书睿 郝文宇 +1 位作者 孙直 郭旭 《火箭推进》 CAS 2023年第4期26-35,共10页
运载火箭发动机传力机架是将发动机的推力载荷传递至箭体的关键连接部件。对质量占比较大的发动机传力机架结构进行轻量化优化,可以有效地提升火箭发动机的推重比,实现结构的高效承载及使用增材制造技术稳定生产。基于移动可变形组件法(... 运载火箭发动机传力机架是将发动机的推力载荷传递至箭体的关键连接部件。对质量占比较大的发动机传力机架结构进行轻量化优化,可以有效地提升火箭发动机的推重比,实现结构的高效承载及使用增材制造技术稳定生产。基于移动可变形组件法(moving morphable component,MMC)框架,考虑增材制造过程中的悬垂约束,提出了一种运载火箭发动机传力机架结构的轻量化设计方法。此方法能够考虑刚度、质量、设计空间、制造约束等设计要求,在限制结构质量(体积)的约束条件下,实现结构刚度的最大化。推导了相关优化问题列式,给出了优化流程,并进行了若干典型算例。通过对优化结果的重分析可知:优化结果满足运载火箭发动机传力机架的刚度要求及传力机架材料的最大应力要求,在质量上相比传统的机架结构有显著优势,优化结果中不存在大悬挑结构且满足增材制造特有的悬垂约束,验证了此方法的有效性。 展开更多
关键词 拓扑优化 增材制造 轻量化 机架 移动可变形组件法
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