【摘 要】
：
基于有限元分析的结构拓扑优化技术是实现工业产品优化设计的主要方式之一,其优化效率和精度决定了工业产品的迭代更新周期和可靠性。然而,由于CAD和CAE模型之间的不一致性及有限元形函数的低连续性,拓扑优化存在模型转换繁琐费时、求解精度低及设计结果边界信息无法显式表达等问题。目前,基于高连续性NURBS的等几何分析技术可以实现CAD和CAE的统一数据表达,采用移动可变形组件拓扑优化方法可显式地获得优化设
【基金项目】
：
国家重点研发计划“优化驱动的设计分析一体化技术”,编号:2020YFB1708300; 国家自然科学基金项目“等几何分析的结构集成优化设计”,编号:51675197
论文部分内容阅读
基于有限元分析的结构拓扑优化技术是实现工业产品优化设计的主要方式之一,其优化效率和精度决定了工业产品的迭代更新周期和可靠性。然而,由于CAD和CAE模型之间的不一致性及有限元形函数的低连续性,拓扑优化存在模型转换繁琐费时、求解精度低及设计结果边界信息无法显式表达等问题。目前,基于高连续性NURBS的等几何分析技术可以实现CAD和CAE的统一数据表达,采用移动可变形组件拓扑优化方法可显式地获得优化设计结果的边界信息,提高优化设计结果转换为CAD模型的效率。为了进一步提高拓扑优化的效率和精度,本文开展了基于等几何分析的移动可变形组件拓扑优化方法研究,其主要内容如下:针对基于等几何分析的移动可变形组件拓扑优化方法存在的拓扑描述函数C~1不连续所导致的收敛困难以及优化过程不稳定的问题,本文构建了基于R函数和NURBS配点策略的移动可变形组件等几何拓扑优化模型。通过R函数实现不同基本结构组件拓扑描述函数在组件重合区域内的C~1连续,讨论了基于均匀分布、高斯积分以及格雷维尔三种NURBS配点策略的人造材料模型对移动可变形组件等几何拓扑优化鲁棒性和收敛性的影响。所提方法可以有效地提高移动可变形组件等几何拓扑优化的收敛性和鲁棒性。针对基于等几何分析的移动可变形组件拓扑优化方法求解效率低的问题,本文构建了基于层次B样条的等几何拓扑优化高效求解模型。建立了基于活跃单元高斯积分点的无层级耦合人造材料模型,并以活跃单元高斯积分点的拓扑描述函数值构建了层次分析网格的局部细化策略;利用不同层级基函数的转换矩阵,推导了具有层级特征的优化模型灵敏度公式。所提等几何拓扑优化方法可以很好地缓解NURBS张量积结构带来优化精度与优化效率之间的尖锐矛盾,实现了等几何拓扑优化的高效求解,且大幅提高了优化过程的收敛性和稳定性。针对层次B样条等几何拓扑优化模型在进行需要密集初始均匀网格的拓扑优化问题求解时所面临的效率和精度问题,本文基于截断层次B样条和层次网格粗化理论提出了高效高精自适应等几何拓扑优化方法。通过层次网格活跃单元高斯点拓扑描述函数值和目标函数的相对误差构建了层次局部细化和粗化的完全自适应策略,实现了优化过程中分析网格的局部细化和粗化;采用不同层次局部粗化标记参数,探讨了层次局部粗化标记参数对自适应等几何拓扑优化模型的影响。所提方法可提高自适应等几何拓扑优化的效率、收敛性及鲁棒性。以上述研究为基础,使用MATLAB对基于等几何分析的移动可变形组件拓扑优化原型系统进行实现和设计,并通过数控机床加强筋横截面的结构优化问题对原型系统进行了工程应用验证。
其他文献
超顺磁性是一种特殊的磁效应,具有超顺磁性的物质在外加磁场时被磁化,当外加磁场消失后,超顺磁性的物质磁化强度几乎为零,矫顽力很小。目前,Fe3O4是应用最广泛的磁性材料之一,而超顺磁性Fe3O4纳米微粒作为助凝剂在分离污水中的细菌、重金属、悬浮物和富集生物酶方面效果良好而且可重复使用,具有较好的应用前景。本文以Fe2+,Fe3+及氢氧化钠为原料,采用膜分离技术和化学共沉淀法相结合,同时添加合适的表面
家在福建的肺癌患者老周，一想到放化疗可能会恶心、呕吐、掉头发，就害怕不已。近年来有许多创新疗法的突破，包括新一代靶向药的研究及临床运用，大大延长了肺癌患者的生存期和生活质量。老周也想争取用靶向药物治疗。那么，什么是靶向治疗？适合哪些患者？与传统的治疗有啥区别呢？“患者通过做基因检测，有靶点的患者，才适合靶向治疗。”专家介绍说，靶向治疗的药物是根据靶点来设计的，像钥匙和锁一样，一把钥匙开一把锁，这就
客家民系广泛分布在中国南方的近十个省区中,其传统村落及民居数量众多,类型丰富,特色鲜明,是南方民居类型的重要组成部分。对客家传统村落及民居的研究是中国民居研究领域中的一个重要方面。赣闽粤三省交界地区是客家民系的主要集居地,三省地理空间相邻,其中的客家传统村落及民居类型既有相似之处,又有明显差异,是一个同源文化跨地区分布的特殊而普遍的现象。正由于客家民系核心地区跨居多个省区边界的特殊区位,使得对其村
自导电聚合物报道以来,有机半导体的研究愈发成为一个热门且重要的领域。对于有机半导体,大多数科学家们聚焦于激发态电子结构和光物理过程,而对电子基态的研究却相对较少。通常来说,有机半导体的电子基态分为闭壳和开壳结构,其中大多数有机半导体的π电子存在于成键轨道上,其基态为闭壳,当分子结构中存在未成对π电子时,则表现出开壳自由基特征。开壳自由基分子具有独特的电子基态和自旋结构,有望获得传统闭壳分子难以实现
目前,我国医疗服务资源供需匹配严重失衡、医疗工作者的过度医疗行为问题依然严峻,患者“看病难,看病贵”的社会问题依然突出。深化医疗卫生体制改革,合理配置医疗资源、规范医护人员的医疗行为已经迫在眉睫。分级诊疗制度和线上问诊服务模式,是缓解医疗资源供需错配问题的有效措施,助力解决“看病难”的民生问题。而制定科学有效的医保支付方式则是规范医疗行为、控制门诊费用的重要医改政策,助力缓解“看病贵”问题。然而,
荧光成像具有灵敏度高,其中近红外二区荧光成像具有较深的穿透深度、较低的自发荧光和较高的分辨率等优点。光声成像通过光激发而产生声信号,从而兼具光学和声学的优势,使得在生物体成像中可获得更深的成像深度和空间分辨率。结合荧光成像和光声成像的特点,荧光/光声双模成像可以实现对生物体病理和生理状态的评估。本研究工作以苯并噻（二）唑为受体,设计了三种可激活的荧光/光声双模探针,并探讨了三种探针对生物标志物及相
动力系统中的集体行为在现实世界广泛存在,系统中的个体通过局部或全局的交互作用,使整个系统涌现出宏观的动力学行为.例如鸟群、鱼群、无人机编队等,都是通过个体的交互作用使群体能够有序运动.为研究这些涌现行为发生的机制,Kuramoto模型、Winfree模型、Vicsek模型、Cucker-Smale（C-S）模型等动力学模型应运而生.这些模型的研究结果,也被广泛应用到工程、生物、物理、社会科学等不同
本文研究了三类Vlasov型方程的整体经典解和渐近行为,其中包括:非相对论Vlasov-Darwin系统,带辐射阻尼D[2]（t）的Vlasov-Poisson系统以及带辐射阻尼D[3]（t）的Vlasov-Poisson 系统。第一章,我们详细阐述了 Relativistic Vlasov-Maxwell系统的三类逼近系统:（Relativistic）Vlasov-Poisson 系统,（Rel
目的:对单中心收治的腹主动脉瘤病例进行回顾性研究,分析并探讨本中心腹主动脉瘤治疗现状和流行病学特点,总结腹主动脉瘤相关的筛查线索和预后评估指标。方法:在病历系统中申请获取武汉协和医院血管外科2015年1月1日至2019年12月31日期间诊断为腹主动脉瘤的住院患者住院号。综合患者的各项记录和影像学检查结果,按照腹主动脉瘤的诊断标准,即瘤体最大直径≥30mm或瘤体最大直径超过相邻正常主动脉直径的50%