检索结果-南通市图书馆

A MODIFIED INTERPOLATION APPROACH FOR TOPOLOGY OPTIMIZATION

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Acta Mechanica Solida Sinica 2015年第4期28卷 420-430页

作者： yixian du Shuangqiao Yan Yan Zhang Huanghai Xie Qihua Tian College of Mechanical & Power Engineering China Three Gorges University Key Laboratory of Hydroelectric Machinery Design and Maintenance

In view of the fact that the follow-up search for an optimal topology is affected by deleting a large number of high-relative-density elements. When the typical density interpolation approach, namely, solid isotropic microstructures with penalization （SIMP）, is employed in the continuum structural topology optimization, a new density interpolation approach based on the logistic function is proposed in this paper. This method can weaken low-relative-density elements while enhancing high-relative-density elements by polarization, and then rationally realize polarization of the intermediate density elements. It can reduce the number of gray-scale elements as much as possible to get the optimal topology with distinct boundaries in conjunction with the sensitivity filtering method based on particle swarm optimization （PSO）. Several typical numerical examples are given to demonstrate this method.

关键词： topology optimization density interpolation approach logistic function gray-scaleelement

CONTINUUM TOPOLOGY OPTIMIZATION FOR MONOLITHIC COMPLIANT MECHANISMS OF MICRO-ACTUATORS

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Acta Mechanica Solida Sinica 2006年第1期19卷 58-68页

作者： Luo Zhen du yixian Chen Liping Yang Jingzhou Karim Abdel-Malek School of Mechanical Science ＆ Engineering Huazhong University of Science and Technology Wuhan 430074 China Center for Computer-Aided Design Mechanical Engineering Research Facility The University of Iowa Iowa City IA 52246 USA

A multi-objective scheme for structural topology optimization of distributed compliant mechanisms of micro-actuators in MEMS condition is presented in this work, in which mechanical flexibility and structural stiffness are both considered as objective functions. The compliant micro-mechanism developed in this way can not only provide sufficient output work but also have sufficient rigidity to resist reaction forces and maintain its shape when holding the work-piece. A density filtering approach is also proposed to eliminate numerical instabilities such as checkerboards, mesh-dependency and one-node connected hinges occurring in resulting mechanisms. SIMP is used as the interpolation scheme to indicate the dependence of material modulus on element-regularized densities. The sequential convex programming method, such as the method of moving asymptotes （MMA）, is used to solve the optimization problem. The validation of the presented methodologies is demonstrated by a typical numerical example.

关键词： structural optimization topology optimization compliant mechanisms microactuators filtering approach convex programming

Design and Mechanical Characterization of an S-Based TPMS Hollow Isotropic Cellular Structure

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Computer Modeling in Engineering & Sciences 2022年第5期131卷 695-713页

作者： Junjian Fu Pengfei Sun yixian du Lei Tian Qihua Tian Xiangman Zhou College of Mechanical and Power Engineering China Three Gorges UniversityYichang443002China Hubei Key Laboratory of Hydroelectric Machinery Design&Maintenance Yichang443002China

Cellular structures are regarded as excellent candidates for lightweight-design,load-bearing,and energy-absorbing *** this paper,a novel S-based TPMS hollow isotropic cellular structure is proposed with both superior load-bearing and energy-absorbing *** hollow cellular structure is designed with Boolean operation based on the Fischer-Koch(S)implicit triply periodic minimal surfaces(TPMS)with different level *** anisotropy and effective elasticity properties of cellular structures are evaluated with the numerical homogenization *** finite element method is further conducted to analyze the static mechanical performance of hollow cellular structure considering the size *** compression experiments are finally carried out to reveal the compression properties and energy-absorption *** results of the Zener ratio proved that the S-based hollow cellular structure tends to be isotropic,even better than the sheet-based Gyroid *** with the solid counterpart,the S-based hollow cellular structure has a higher elastic modulus,better load-bearing and energy absorption characteristics.

关键词： Hollow cellular structure triply periodic minimal surfaces isotropic property energy absorption load-bearing

温度和机械载荷联合作用下油田超深井中硬质涂层膨胀锥与套管的屈服挤毁压强及试验验证

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系统工程理论与实践 2019年第7期39卷 1896-1906页

作者：田红亮申晓鹏杜轩杜义贤三峡大学机械与动力学院

在充分考虑温度载荷、机械载荷、硬质涂层膨胀锥硬度、套管硬度对膨胀锥与套管之间屈服挤毁压强影响的基础上,根据分形理论和接触力学推导出膨胀锥与套管之间屈服挤毁压强的计算公式.数值分析表明:膨胀锥与套管之间的屈服挤毁压强随最... 详细信息

在充分考虑温度载荷、机械载荷、硬质涂层膨胀锥硬度、套管硬度对膨胀锥与套管之间屈服挤毁压强影响的基础上,根据分形理论和接触力学推导出膨胀锥与套管之间屈服挤毁压强的计算公式.数值分析表明:膨胀锥与套管之间的屈服挤毁压强随最终温度、分形粗糙度、线膨胀系数、硬质涂层膨胀锥布氏硬度、中间主应力系数、套管壁厚的增大而增大;当分形维数从1增大时,膨胀锥与套管之间的屈服挤毁压强随分形维数的增大而减小;当分形维数增大到接近于2时,膨胀锥与套管之间的屈服挤毁压强随分形维数的增大而增大;随拉压强度比的增大,膨胀锥与套管之间的屈服挤毁压强减小.屈服挤毁压强的计算值与试验测试值之间的相对误差为-8.9253%^-0.9901%.

关键词：硬质涂层膨胀锥套管屈服挤毁压强温度载荷机械载荷

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重载下滚动直线导轨副的接触特性

西安交通大学学报 2018年第9期52卷 1-9页

作者：田红亮余媛杜义贤三峡大学机械与动力学院湖北宜昌443002

针对现有数控机床滚动直线导轨副的研究仅限于外力小于临界力时的情况,求解了当外力大于临界力时的静力学特性参数。假设在轻载下,滑块和直线导轨都给滚珠施加相等的压力,则滚珠的压缩变形量是传统结果的2倍,据此对外力小于临界力时的... 详细信息

针对现有数控机床滚动直线导轨副的研究仅限于外力小于临界力时的情况,求解了当外力大于临界力时的静力学特性参数。假设在轻载下,滑块和直线导轨都给滚珠施加相等的压力,则滚珠的压缩变形量是传统结果的2倍,据此对外力小于临界力时的刚度公式进行了改进。考虑在重载下上滚珠受力但下滚珠不受力,建立了滚动直线导轨副的刚度公式,从而构建了外力小于临界力以及大于临界力时的完整刚度公式,并通过有限元法获得了滚珠与滚道之间的接触应力和接触变形量。理论分析表明:导轨副在轻载下,上滚珠力是外力的隐函数,但外力是上滚珠力的显函数;在轻载和重载的整个范围内,导轨副的所有静力学特性参数都是上滚珠力的显函数。仿真结果表明:当外力小于临界力时,上滚珠力和刚度均随预载荷等级的提高而增大;当外力大于临界力时,导轨副刚度随外力的增大而增大,上滚珠力和刚度都不依赖预载荷等级;上滚珠力随外力的增大而增大,下滚珠力随外力的增大或预载荷等级的降低而减小;上滚珠刚度随外力的增大而增大,下滚珠刚度随外力的增大而减小。推导的完整刚度公式可为分析数控机床滚动直线导轨副的接触特性提供参考。

关键词：数控机床直线导轨滚珠滑块接触刚度临界力

采用增广乘子法和模拟退火法的结构可靠性分析

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西安交通大学学报 2019年第7期53卷 144-152页

作者：高翔王林军杜义贤三峡大学水电机械设备设计与维护湖北省重点实验室湖北宜昌443002 三峡大学机械与动力学院湖北宜昌443002

为避免一次二阶矩法的雅可比矩阵计算和罚函数法的罚因子选取,提出了一种采用增广乘子法和模拟退火法的结构可靠性分析方法。利用优化理论,以可靠指标最小为目标函数,以极限状态方程为等式约束条件,建立结构可靠性分析数学模型。采用增... 详细信息

为避免一次二阶矩法的雅可比矩阵计算和罚函数法的罚因子选取,提出了一种采用增广乘子法和模拟退火法的结构可靠性分析方法。利用优化理论,以可靠指标最小为目标函数,以极限状态方程为等式约束条件,建立结构可靠性分析数学模型。采用增广乘子法将上述有约束优化模型变换为无约束优化模型,并用模拟退火法求解,从而避免了雅可比矩阵的计算以及初始罚因子的选取。采用一次二阶矩法、本文方法、蒙特卡罗模拟法分别对数值算例及悬臂梁工程算例进行了可靠性分析,结果表明:较一次二阶矩法,本文方法更接近于蒙特卡罗模拟法的结果,更精确;较蒙特卡罗模拟法,本文方法迭代次数较少,效率较高。

关键词：一次二阶矩法增广乘子法模拟退火法蒙特卡罗模拟法悬臂梁

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用无网格法进行大变形柔性机构拓扑优化设计

中国机械工程 2008年第2期19卷 130-136页

作者：杜义贤陈立平罗震华中科技大学国家CAD支撑软件工程技术研究中心武汉430074 香港中文大学中国香港

基于连续体结构的拓扑优化理论,将无网格伽辽金数值方法引入分布式大变形柔性机构拓扑优化设计,并解决了优化中的几何非线性问题。在优化问题中,基于各向同性固体材料惩罚模型(solidisotropic material with penalization,SIMP)和折衷... 详细信息

基于连续体结构的拓扑优化理论,将无网格伽辽金数值方法引入分布式大变形柔性机构拓扑优化设计,并解决了优化中的几何非线性问题。在优化问题中,基于各向同性固体材料惩罚模型(solidisotropic material with penalization,SIMP)和折衷规划法,同时考虑结构的柔性和刚度要求,建立了柔性机构拓扑优化的多准则优化模型,并利用优化准则法求解。采用无网格伽辽金法将求解域离散成节点,避免了有限元方法在处理大变形问题时由于使用网格而产生网格畸变等问题。求解经典算例,与基于线性理论的优化结果相比较分析,说明了该方法的正确性和有效性。

关键词：柔性机构拓扑优化无网格法几何非线性优化准则

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改进的抑制灰度单元的拓扑优化方法

计算机辅助设计与图形学学报 2020年第12期32卷 2003-2012页

作者：高翔王林军杜义贤三峡大学水电机械设备设计与维护湖北省重点实验室宜昌4430022 三峡大学机械与动力学院宜昌443002

固体各向同性材料惩罚法或材料属性有理近似法所得拓扑优化结构中存在大量灰度单元,且现有Heaviside投影函数存在频繁调用密度矩阵的问题,进而导致计算效率较低.针对此问题提出了一种基于改进Heaviside投影函数的抑制灰度单元的拓扑优... 详细信息

固体各向同性材料惩罚法或材料属性有理近似法所得拓扑优化结构中存在大量灰度单元,且现有Heaviside投影函数存在频繁调用密度矩阵的问题,进而导致计算效率较低.针对此问题提出了一种基于改进Heaviside投影函数的抑制灰度单元的拓扑优化方法,首先,建立以结构柔度最小化为设计目标的拓扑优化模型;然后,通过固体各向同性材料惩罚法或材料属性有理近似法计算杨氏模量;最后,通过Heaviside投影函数抑制灰度单元,并由优化准则法求解拓扑优化问题.数值模拟结果表明,文中2个Heaviside投影函数能够稳定和有效地抑制灰度单元,且二者分别对固体各向同性材料惩罚法和材料属性有理近似法所得结构的清晰度和刚度的改进效果比较明显.

关键词：拓扑优化变密度法 Heaviside投影函数抑制灰度单元

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具有吸能和承载特性的多孔结构拓扑优化

华中科技大学学报（自然科学版） 2019年第8期47卷 108-113页

作者：杜义贤李荣田启华周祥曼三峡大学机械与动力学院

以负泊松比和刚度为优化目标,构建多目标拓扑优化模型.利用改进的优化准则(OC)算法求解该模型,得到兼具吸能和承载性能的多孔结构,并利用选择性激光熔覆技术(SLM)制造该多孔结构.通过对优化结构进行有限元仿真和压缩实验及分析,得到多... 详细信息

以负泊松比和刚度为优化目标,构建多目标拓扑优化模型.利用改进的优化准则(OC)算法求解该模型,得到兼具吸能和承载性能的多孔结构,并利用选择性激光熔覆技术(SLM)制造该多孔结构.通过对优化结构进行有限元仿真和压缩实验及分析,得到多孔结构的形变图、应力-应变曲线及能量吸收曲线.分析结果表明:等效刚度大的结构负泊松比值较小,受压内缩量小,平台应力和能量吸收量大,但易出现应力峰值;等效刚度小的结构负泊松比值较大,受压内缩效果明显,平台应力和能量吸收量小,但平台应力平稳,能量吸收增量大.模拟仿真和实验测试验证了本方法用于耐撞承载结构的拓扑优化设计的有效性.

关键词：负泊松比吸能承载多孔结构多目标拓扑优化