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ICM Method Combined with Meshfree Approximation for Continuum Structure
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作者 龙凯 左正兴 +1 位作者 肖涛 Rehan H.Zuberi 《Journal of Beijing Institute of Technology》 EI CAS 2010年第3期279-285,共7页
The independent continuous mapping(ICM) method is integrated into element free Galerkin method and a new implementation of topology optimization for continuum structure is presented.To facilitate the enforcement of ... The independent continuous mapping(ICM) method is integrated into element free Galerkin method and a new implementation of topology optimization for continuum structure is presented.To facilitate the enforcement of the essential boundary condition and derivative of various sensitivities,a singular weight function in element free Galerkin method is introduced.Material point variable is defined to illustrate the condition of material point and its vicinity instead of element or node.The topological variables field is constructed by moving least square approximation which inherits the continuity and smoothness of the weight function.Due to reciprocal relationships between the topological variables and design variables,various structural responses sensitivities are derived according to the method for calculating the partial derivatives of compound functions.Numerical examples indicate that checkerboard pattern and mesh-dependence phenomena are overcome without additional restriction methods. 展开更多
关键词 topology optimization independent continuous mapping method continuum structure meshfree method moving least square approximation
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Smooth Boundary Topology Optimization-A New Framework for Movable Morphable Smooth Boundary Method
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作者 Jiazheng Du Ju Chen +2 位作者 Hongling Ye Bing Lin Zhichao Guo 《Computer Modeling in Engineering & Sciences》 2025年第7期791-809,共19页
The traditional topology optimization method of continuum structure generally uses quadrilateral elements as the basic mesh.This approach often leads to jagged boundary issues,which are traditionally addressed through... The traditional topology optimization method of continuum structure generally uses quadrilateral elements as the basic mesh.This approach often leads to jagged boundary issues,which are traditionally addressed through post-processing,potentially altering the mechanical properties of the optimized structure.A topology optimization method of Movable Morphable Smooth Boundary(MMSB)is proposed based on the idea of mesh adaptation to solve the problem of jagged boundaries and the influence of post-processing.Based on the ICM method,the rational fraction function is introduced as the filtering function,and a topology optimization model with the minimum weight as the objective and the displacement as the constraint is established.A triangular mesh is utilized as the base mesh in this method.The mesh is re-divided in the optimization process based on the contour line,and a smooth boundary parallel to the contour line is obtained.Numerical examples demonstrate that the MMSB method effectively resolves the jagged boundary issues,leading to enhanced structural performance. 展开更多
关键词 Movable Morphable Smooth Boundary continuum structure topology optimization jagged boundary ICM method
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Conversion between solid and beam element solutions of finite element method based on meta-modeling theory:development and application to a ramp tunnel structure 被引量:1
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作者 JASC Jayasinghe M. Hori +2 位作者 MR Riaz MLL Wijerathne T Ichimura 《Earthquake Engineering and Engineering Vibration》 SCIE EI CSCD 2017年第2期297-309,共13页
In this study, a new method for conversion of solid finite element solution to beam finite element solution is developed based on the meta-modeling theory which constructs a model consistent with continuum mechanics. ... In this study, a new method for conversion of solid finite element solution to beam finite element solution is developed based on the meta-modeling theory which constructs a model consistent with continuum mechanics. The proposed method is rigorous and efficient compared to a typical conversion method which merely computes surface integration of solid element nodal stresses to obtain cross-sectional forces. The meta-modeling theory ensures the rigorousness of proposed method by defining a proper distance between beam element and solid element solutions in a function space of continuum mechanics. Results of numerical verification test that is conducted with a simple cantilever beam are used to find the proper distance function for this conversion. Time history analysis of the main tunnel structure of a real ramp tunnel is considered as a numerical example for the proposed conversion method. It is shown that cross-sectional forces are readily computed for solid element solution of the main tunnel structure when it is converted to a beam element solution using the proposed method. Further, envelopes of resultant forces which are of primary importance for the purpose of design, are developed for a given ground motion at the end. 展开更多
关键词 meta-modeling theory finite element method solid and beam element models continuum mechanics structural mechanics
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应力约束下考虑破损-安全设计的连续体结构拓扑优化方法
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作者 薛金山 林磊 +4 位作者 薛景丹 徐德城 林晓航 杨昌浩 徐斌 《西北工业大学学报》 北大核心 2025年第5期896-905,共10页
在工程结构中,局部破损可能显著降低其整体性能,这一问题引起了广泛关注。然而,现有的拓扑优化方法往往忽略了局部破损对结构安全性的影响,难以有效应对这一挑战。为此,提出了一种基于破损-安全设计的连续体结构拓扑优化方法,指定固定... 在工程结构中,局部破损可能显著降低其整体性能,这一问题引起了广泛关注。然而,现有的拓扑优化方法往往忽略了局部破损对结构安全性的影响,难以有效应对这一挑战。为此,提出了一种基于破损-安全设计的连续体结构拓扑优化方法,指定固定形状的损伤区域作为局部破损模式,并以最小化结构体积为目标、以应力为约束建立优化模型。基于独立连续映射法(ICM)建立优化算法,采用伴随法进行灵敏度分析,利用对偶规划理论求解优化模型。以悬臂梁等经典结构作为研究对象,探讨了不同的局部破损分布情况和形状对优化构型的影响规律,数值算例结果表明:考虑破损-安全设计原则的优化构型更加复杂,同时具有更多冗余,从而降低了对局部破损的敏感性;局部破损区域的不同分布情况和形状会产生不同的拓扑优化构型;所提方法可识别结构中最不利的破损分布位置,为工程结构的安全性能设计提供了有力参考。 展开更多
关键词 拓扑优化 破损-安全设计 连续体结构 应力约束 ICM法
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Parameterized level set method for structural topology optimization based on the Cosserat elasticity 被引量:2
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作者 Lianxiong Chen Ji Wan +1 位作者 Xihua Chu Hui Liu 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第4期620-630,I0002,共12页
When describing the mechanical behavior of some engineering materials,such as composites,grains,biological materials and cellular solids,the Cosserat continuum theory has more powerful capabilities compared with the c... When describing the mechanical behavior of some engineering materials,such as composites,grains,biological materials and cellular solids,the Cosserat continuum theory has more powerful capabilities compared with the classical Cauchy elasticity since an additional local rotation of point and its counterpart(couple stress)are considered in the Cosserat elasticity to represent the material microscale effects.In this paper,a parameterized level set topology optimization method is developed based on the Cosserat elasticity for the minimum compliance problem of the Cosserat solids.The influence of material characteristic length and Cosserat shear modulus on the optimized structure is investigated in detail.It can be found that the microstructural constants in the Cosserat elasticity have a significant impact on the optimized topology configurations.In addition,the minimum feature size and the geometric complexity of the optimized structure can be controlled implicitly by adjusting the parameters of the characteristic length and Cosserat shear modulus easily.Furthermore,the optimized structure obtained by the developed Cosserat elasticity based parameterized level set method will degenerate to the result by using the classical Cauchy elasticity based parameterized level set method when the Cosserat shear modulus approaches zero. 展开更多
关键词 Structural topology optimization Cosserat continuum theory Parameterized level set method Cosserat elasticity Scale effect
原文传递
复杂等离子体光子晶体能带结构计算
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作者 卢欣 旷盈 +2 位作者 杨洁 王志杰 王立群 《工程数学学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期341-364,共24页
等离子体光子晶体是由等离子体和其他介电材料或者真空构成的,具有周期性结构,其可调控的带隙特性使得等离子体光子晶体在滤波器、等离子体隐身衣和等离子体透镜等军事医学器件制造上具有广泛的应用。因此,通过改变等离子体的密度、温... 等离子体光子晶体是由等离子体和其他介电材料或者真空构成的,具有周期性结构,其可调控的带隙特性使得等离子体光子晶体在滤波器、等离子体隐身衣和等离子体透镜等军事医学器件制造上具有广泛的应用。因此,通过改变等离子体的密度、温度等参数来获取满足特定需求的能带结构特性便有着非常重要的意义。基于上述考虑,提出Petrov-Galerkin有限元计算方法来求解并分析等离子体光子晶体的带隙特性。该方法的核心思想是构造在边界上系数互为倒数的基函数和测试函数所构成的空间,在消除边界上积分的同时降低自由度。采用的网格为半笛卡尔投影网格,该网格能适应复杂等离子体柱形状。在建立弱形式时将界面非线性连续条件线性化,简化了界面积分项的处理。通过绘制数值算例的能带结构图,分析验证了等离子体电子密度、等离子体光子晶体柱的填充率和形状等因素对带隙宽度、带隙位置、耦合带隙以及截止频率造成的影响,从而实现等离子体光子晶体能带结构的可调控性。 展开更多
关键词 等离子体光子晶体 Petrov-Galerkin有限元法 半笛卡尔投影网格 界面非线性连续条件 能带结构
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统一骨架与连续体的结构拓扑优化的ICM理论与方法 被引量:39
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作者 隋允康 杨德庆 孙焕纯 《计算力学学报》 CAS CSCD 2000年第1期28-33,共6页
描述了基于ICM方法的结构拓扑优化新模型并应用于骨架与连续体结构。ICM方法意指独立、连续变量与映射变换及其反演。新模型将两种结构统一建立了具有重量目标函数和多工况下应力与位移约束下的优化问题。提出的过滤函数是ICM方法的关... 描述了基于ICM方法的结构拓扑优化新模型并应用于骨架与连续体结构。ICM方法意指独立、连续变量与映射变换及其反演。新模型将两种结构统一建立了具有重量目标函数和多工况下应力与位移约束下的优化问题。提出的过滤函数是ICM方法的关键技术之一。 展开更多
关键词 结构 拓扑优化设计 骨架结构 连续体 ICM理论
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基于位移和应力灵敏度的结构拓扑优化设计 被引量:19
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作者 荣见华 葛森 +2 位作者 邓果 邢晓娟 赵志军 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第4期518-529,共12页
针对仅有应力约束以及含位移和应力约束的重量最小结构拓扑优化问题,基于ICM(独立、连续、映射)方法和渐进结构优化方法的思路,提出了一种结构拓扑优化方法.在优化迭代循环的每一轮子循环迭代求解开始时,通过形成和引进新的位移和应力... 针对仅有应力约束以及含位移和应力约束的重量最小结构拓扑优化问题,基于ICM(独立、连续、映射)方法和渐进结构优化方法的思路,提出了一种结构拓扑优化方法.在优化迭代循环的每一轮子循环迭代求解开始时,通过形成和引进新的位移和应力约束限,自动构建设计变量移动限.将结构应力约束归并为几个最可能的有效应力约束,大大减少了应力灵敏度的分析量.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,构建了其等效的优化模型.结合位移和应力灵敏度分析,形成了一种新的连续体结构的拓扑优化方法.给出的算例验证了该方法的正确性和有效性. 展开更多
关键词 拓扑优化 位移约束 应力约束 连续体结构 ICM方法
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等几何修正准凸无网格法 被引量:10
9
作者 王东东 张汉杰 梁庆文 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期605-612,共8页
采用等几何B样条基函数的多项式再生条件对无网格形函数的多项式再生条件进行了修正,使得无网格形函数的负值部分明显减少,在域内趋于非负函数,即等几何修正准凸无网格形函数。该准凸无网格形函数仍然具有与传统再生核无网格形函数相似... 采用等几何B样条基函数的多项式再生条件对无网格形函数的多项式再生条件进行了修正,使得无网格形函数的负值部分明显减少,在域内趋于非负函数,即等几何修正准凸无网格形函数。该准凸无网格形函数仍然具有与传统再生核无网格形函数相似的构造形式,数值实现比较便捷,同时该准凸无网格形函数的多项式再生条件具有准确的修正系数,无需引入额外的人工节点松弛参数。更重要的是,等几何修正准凸无网格形函数可在确保形函数高阶光滑的前提下减小相对支持域,提高计算效率。最后,基于等几何修正准凸无网格形函数对杆梁和膜板结构进行了伽辽金无网格振动分析。结果表明,与标准再生核无网格法相比,等几何修正准凸无网格法具有更优的计算精度。 展开更多
关键词 无网格法 准凸形函数 多项式再生条件 松弛多项式再生条件 结构振动
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连续体结构拓扑优化应力约束凝聚化的ICM方法 被引量:24
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作者 隋允康 叶红玲 +1 位作者 彭细荣 张学胜 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第4期554-563,共10页
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... 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. 展开更多
关键词 连续体 拓扑优化 ICM(independent continuous mapping)方法 应力约束凝聚化 多工况
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利用导重法进行结构拓扑优化 被引量:11
11
作者 陈树勋 韦齐峰 黄锦成 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第2期160-166,共7页
介绍了导重准则法基本原理并将其应用于杆系结构及连续体结构拓扑优化。对于重量约束结构性能最优化和多性态约束结构重量最小化问题的连续结构拓扑优化问题,详细推导了导重法与变密度SIMP(Solid Isotropic Microstructure with Penaliz... 介绍了导重准则法基本原理并将其应用于杆系结构及连续体结构拓扑优化。对于重量约束结构性能最优化和多性态约束结构重量最小化问题的连续结构拓扑优化问题,详细推导了导重法与变密度SIMP(Solid Isotropic Microstructure with Penalization)法相结合的更加规范的全新优化准则公式,并给出了相应的算例。计算结果表明,导重法不仅适用于传统的结构尺寸优化与形状优化,而且可很好地求解结构拓扑优化问题,并具有公式简单、通用性强、收敛速度快及优化效果好的优点。 展开更多
关键词 拓扑优化 导重法 杆系结构 连续结构 变密度法
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结构拓扑优化ICM方法的改善 被引量:81
12
作者 隋允康 彭细荣 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2005年第2期190-198,共9页
对结构拓扑优化的ICM(独立、连续、映射)方法进行了深入探讨,通过选取不同的过滤函数可以不进行每步删除而得到清晰的拓扑图形.以位移约束为例阐述了ICM方法建模及求解过程.对位移约束、频率约束、位移及频率约束、简谐载荷激励下动位... 对结构拓扑优化的ICM(独立、连续、映射)方法进行了深入探讨,通过选取不同的过滤函数可以不进行每步删除而得到清晰的拓扑图形.以位移约束为例阐述了ICM方法建模及求解过程.对位移约束、频率约束、位移及频率约束、简谐载荷激励下动位移幅值约束等拓扑优化进行了研究,计算算例表明ICIM方法在处理静力问题及动力问题的拓扑优化都是可行的.程序算法都在MSC.Nastran及MSC.Patran的二次开发环境下实现,与原软件有机结合在一起. 展开更多
关键词 ICM方法 拓扑优化 连续体结构 频率约束 位移约束 均匀化方法
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应力约束全局化处理的连续体结构ICM拓扑优化方法 被引量:18
13
作者 隋允康 彭细荣 叶红玲 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2006年第7期1-7,共7页
由于应力约束按单元计,加之多工况,使得连续体结构拓扑优化由于约束数目太多,导致应力敏度分析计算量太大而无法接受。基于第四强度理论提出了应力约束条件全局化处理的方法,化为全局替代约束——总应变能约束,用ICM方法对总应变能约束... 由于应力约束按单元计,加之多工况,使得连续体结构拓扑优化由于约束数目太多,导致应力敏度分析计算量太大而无法接受。基于第四强度理论提出了应力约束条件全局化处理的方法,化为全局替代约束——总应变能约束,用ICM方法对总应变能约束条件下的连续体结构拓扑优化进行建模及求解,其过程分为三步:第一步选择最大应变能对应的工况,在给定重量下求出最小结构总应变能;第二步提出一个数值经验公式,借助第一步的结果,计算出各工况下的许用总应变能;第三步以第二步计算出来的各工况的许用总应变能作为约束,以重量为目标建立模型并求解。顺便指出,第二步的处理方法可以处理载荷相差特别大的情况,即病态载荷情况。数值算例表明:全局性应力约束可以更好地得到传力路径,对于处理多工况问题具有优势。 展开更多
关键词 ICM方法 应力约束 应力全局化 拓扑优化 连续体结构
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应力约束全局化策略下的连续体结构拓扑优化 被引量:18
14
作者 隋允康 叶红玲 彭细荣 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第3期364-370,共7页
利用Mises强度理论,提出了应力约束全局化策略,将局部的应力约束问题转化为结构整体的应变能约束问题.基于ICM(独立、连续、映射)方法,引入了独立、连续的拓扑变量,对单元重量、单元刚度和单元许用应力的过滤函数进行了选择,建立了以... 利用Mises强度理论,提出了应力约束全局化策略,将局部的应力约束问题转化为结构整体的应变能约束问题.基于ICM(独立、连续、映射)方法,引入了独立、连续的拓扑变量,对单元重量、单元刚度和单元许用应力的过滤函数进行了选择,建立了以重量为目标,以结构应变能代替应力约束的多工况下连续体结构拓扑优化模型,寻找到了多工况下的最佳传力路径.运用对偶二次规划方法对上述优化模型进行了求解.另外,利用PCL语言,在MSC/PATRAN的开发平台上,实现了应用应力约束全局化策略进行连续体结构拓扑优化的模块化处理.数值算例表明了该方法的可行性和有效性. 展开更多
关键词 结构拓扑优化 应力约束全局化 ICM方法 连续体 多工况
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多工况应力和位移约束下连续体结构拓扑优化 被引量:83
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作者 隋允康 杨德庆 王备 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2000年第2期171-179,共9页
将文[1]所提出的对拓扑变量的独立连续映射(ICM)的拓扑优化方法应用于连续体结构,从而建立了统一的以重量为目标,考虑应力和位移约束的连续体结构拓扑优化模型。通过对位移一应力拓扑解和各工况下应力拓扑解的综合协调,进而... 将文[1]所提出的对拓扑变量的独立连续映射(ICM)的拓扑优化方法应用于连续体结构,从而建立了统一的以重量为目标,考虑应力和位移约束的连续体结构拓扑优化模型。通过对位移一应力拓扑解和各工况下应力拓扑解的综合协调,进而对于协调拓扑解按照阈值完成从离散到连续的反演,并且采用分层与加权策略克服了“荷载病态”困难.给出的经典的二维平面问题和三维连续体结构拓扑优化算例表明,这种统一的模型由骨架结构发展到连续体结构的优化也是成功的. 展开更多
关键词 连续体 结构拓扑优化 多工况 应力约束 位移约束
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连续体结构裂纹识别的Kriging代理模型求解策略 被引量:9
16
作者 高海洋 郭杏林 +1 位作者 韩放 马国军 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第6期879-885,共7页
提出了一种基于代理模型的裂纹识别方法,利用初始样本构造Kriging代理模型,建立裂纹模型参数与结构响应的关系,来代替结构的原有结构参数与动力响应关系,最大程度地减少了反演优化迭代过程中反复网格剖分和冗繁的有限元计算次数。使用... 提出了一种基于代理模型的裂纹识别方法,利用初始样本构造Kriging代理模型,建立裂纹模型参数与结构响应的关系,来代替结构的原有结构参数与动力响应关系,最大程度地减少了反演优化迭代过程中反复网格剖分和冗繁的有限元计算次数。使用最优设计加点准则进行代理模型修正,以改进初始代理模型的准确性。为了识别连续体结构上的裂纹模型参数,采用随机粒子群优化方法搜索代理模型多极值域下的全局最优解。数值算例对具有裂纹的悬臂梁和板结构进行了裂纹识别。结果表明,该方法能有效地识别裂纹参数,并且具有良好的抗噪性能。此外,讨论了初始样本数量对裂纹识别效率及识别结果的影响。 展开更多
关键词 裂纹识别 连续体结构 Kriging代理模型 优化方法
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一种变位移约束限的结构拓扑优化方法 被引量:9
17
作者 荣见华 邢晓娟 邓果 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第3期431-439,共9页
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... 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. 展开更多
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
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频率约束的三维连续体结构动力拓扑优化设计 被引量:15
18
作者 叶红玲 沈静娴 隋允康 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第6期1037-1045,共9页
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—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... 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—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. 展开更多
关键词 拓扑优化 独立连续映射方法 频率约束 三维连续体
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基于节点变量法的连续体结构拓扑优化设计 被引量:9
19
作者 占金青 杨康 黄志超 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第9期329-332,339,共5页
为避免结构拓扑优化设计中的数值不稳定性及考虑制造因素,提出了一种节点变量的连续体结构拓扑优化设计方法。在指定的子区域内,采用不依赖网格的映射函数表示节点设计变量与节点密度变量的关系,实现最小尺寸约束,以满足加工工艺要求。... 为避免结构拓扑优化设计中的数值不稳定性及考虑制造因素,提出了一种节点变量的连续体结构拓扑优化设计方法。在指定的子区域内,采用不依赖网格的映射函数表示节点设计变量与节点密度变量的关系,实现最小尺寸约束,以满足加工工艺要求。以应变能力最小化为目标函数满足结构刚度要求,以结构体积作为约束,建立最小尺寸约束下的连续体结构拓扑优化模型,将移动近似算法用于拓扑优化问题求解。数值算例结果表明,提出的方法应用于连续体拓扑优化设计中是有效的,能够消除数值不稳定性现象获得清晰的拓扑结果,结构便于制造加工。 展开更多
关键词 连续体结构 拓扑优化 节点变量法 映射函数
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考虑破损-安全的连续体结构拓扑优化ICM方法 被引量:14
20
作者 彭细荣 隋允康 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第3期611-621,共11页
本文瞄准连续体在破损-安全考虑下的结构拓扑优化问题,旨在克服传统模型求解所得最终构型存在的弊病,避免结构因缺乏合理的冗余结构而敏感于局部破坏,实现破损-安全的目标.首先,梳理了以往虽然用到却并不明晰的4个概念:结构局部破损模... 本文瞄准连续体在破损-安全考虑下的结构拓扑优化问题,旨在克服传统模型求解所得最终构型存在的弊病,避免结构因缺乏合理的冗余结构而敏感于局部破坏,实现破损-安全的目标.首先,梳理了以往虽然用到却并不明晰的4个概念:结构局部破损模式、结构局部破损区域、结构破损状况、结构破损状况的预估分布.之后,基于独立连续映射(ICM)方法,对该问题建立了力学性能约束下结构体积极小化的模型.建立目标函数时,利用Minimax的概念将可能出现的结构破损状况对应的所有结构体积目标转化为原结构的唯一结构体积目标,克服了多目标问题的困难.建立近似约束函数时,将可能出现的所有结构破损状况对应的力学性能的约束皆考虑进去,既能处理载荷单工况也能处理载荷多工况.最后,以位移约束为例,建立了优化模型并求解.单工况及多工况位移约束拓扑优化算例验证了算法的有效性.结果表明:本方法相比于不考虑破损-安全的拓扑优化设计,得到的最优拓扑更复杂,体积比更大即所用材料更多,亦即最优结构具有更多的冗余,此正是考虑破损-安全设计原则的结果.本文的研究对于航空、航天、其他水、陆等领域运载工具以及其他工程结构在意外破坏、战争创伤或恐怖袭击下的结构设计,乃是非常重要的进展. 展开更多
关键词 体结构 拓扑优化 破损-安全 ICM 方法
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