检索结果-南通市图书馆

拓扑优化设计及嵌入式技术在3D打印中的应用

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粉末冶金技术 2023年第3期41卷 241-248页

作者：王晓璐河南地矿职业学院郑州451464

3D打印又称为增材制造(additive manufacturing,AM),是一种通过三维设计数据和材料逐层累加的方法来制造实体零件的技术。随着信息技术和智能控制被应用到3D打印技术之中,3D打印技术日趋成熟,并逐步实现了商业化。制造工艺的飞速发展往... 详细信息

3D打印又称为增材制造(additive manufacturing,AM),是一种通过三维设计数据和材料逐层累加的方法来制造实体零件的技术。随着信息技术和智能控制被应用到3D打印技术之中,3D打印技术日趋成熟,并逐步实现了商业化。制造工艺的飞速发展往往需要设计技术的快速跟进,拓扑优化方法不依赖初始构型及工程师经验,能够获得意想不到的创新构型,已成为结构创新设计的重要工具。嵌入式技术是一种由内部计算机控制并执行专用功能的设备或系统,与通用型计算机系统相比,嵌入式系统功耗低、功能强大、实时性强、支持多任务、占用空间小、效率高,面向特定应用可根据需要灵活定制,在3D打印设备中有着更好的使用优势。本文总结了拓扑优化设计和嵌入式数字技术在3D打印中的应用,介绍了拓扑优化在3D打印中的应用案例和拓扑优化主流软件,分析了嵌入式技术在3D打印中的应用优势及案例,展望了拓扑优化设计及嵌入式数字技术在3D打印中的应用。

关键词：拓扑优化增材制造 3D打印轻量化嵌入式技术

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拓扑优化超表面的偏振复用光学微分运算

光电工程 2023年第9期50卷 79-89页

作者：冯睿田耀恺刘亚龙孙芳魁曹永印丁卫强先进光子学研究所哈尔滨工业大学物理学院黑龙江哈尔滨150001 极端光学协同创新中心山西大学山西太原030006

光学模拟计算通过在空间域直接对光学输入进行调控,避免了各种应用场景中光电之间的转换。因此在图像处理等应用领域成为人们研究的重点。本文用拓扑优化方法设计了一类利用格林函数法的偏振复用光学模拟计算超表面结构。在不同线偏振... 详细信息

光学模拟计算通过在空间域直接对光学输入进行调控,避免了各种应用场景中光电之间的转换。因此在图像处理等应用领域成为人们研究的重点。本文用拓扑优化方法设计了一类利用格林函数法的偏振复用光学模拟计算超表面结构。在不同线偏振光入射下,该拓扑优化超表面可以独立地对透射光场的振幅和相位进行调控。实现了在正交偏振态下,分别呈现明场成像与一维二阶微分运算,以及偏振控制微分方向的复用微分系统。这种偏振复用的设计可以在更多的光学计算应用场景中发挥重要作用。

关键词：拓扑优化光学微分超表面偏振复用

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拓扑优化设计双稳态机构特性

机械科学与技术 2023年

作者：沈宇平谭双峰潘殿坤李泽阳伍章明卡迪夫大学工程学院宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室

双稳态机构由于其独特的特性，在可展开机构、微开关领域被广泛运用。对于双稳态机构，其抗干扰能力是至关重要的，最大和最小反作用力是决定机构抗干扰能力的关键参数。为提高双稳态机构的抗干扰能力，以最大和最小反作用力为优化目标... 详细信息

双稳态机构由于其独特的特性，在可展开机构、微开关领域被广泛运用。对于双稳态机构，其抗干扰能力是至关重要的，最大和最小反作用力是决定机构抗干扰能力的关键参数。为提高双稳态机构的抗干扰能力，以最大和最小反作用力为优化目标，使用拓扑优化的方法将两端固支的梁结构设计成双稳态机构。通过数学软件MATLAB与仿真软件ABAQUS相结合进行拓扑优化。拓扑优化过程中由于非线性拓扑优化灵敏度分析难以提取，使用灵敏度的近似表达。为防止在有限元分析过程中出现不收敛的情况发生，在单元中添加超弹性的附加材料。使用有限元仿真提取优化目标力位移响应以及敏度近似表达式所需要的单元应变能。通过有限元分析和实验研究，证实了该拓扑优化设计方法的有效性。

关键词：双稳态反作用力拓扑优化敏度超弹性

拓扑优化结构中棋盘格式的光滑及等面积处理方法

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机械设计与制造 2024年第1期395卷 41-46页

作者：曹陆建买买提明·艾尼新疆大学机械工程学院新疆维吾尔自治区乌鲁木齐830047

为了解决拓扑优化后出现的边缘棋盘格式问题,提出了用线性最小二乘法对边缘棋盘格式进行线性化处理。在拓扑优化棋盘格式边界线性化处理后,出现了小梁结构端面面积在长度方向不相等和不均匀等问题,对实际工程应用带来不便。针对此问题... 详细信息

为了解决拓扑优化后出现的边缘棋盘格式问题,提出了用线性最小二乘法对边缘棋盘格式进行线性化处理。在拓扑优化棋盘格式边界线性化处理后,出现了小梁结构端面面积在长度方向不相等和不均匀等问题,对实际工程应用带来不便。针对此问题提出了首先用常规的单边中心分割等面积处理方法对线性光滑处理后的模型进行优化,使重构模型趋于均匀化、规则化,但是发现单边中心分割等面积法处理后重构模型的小梁中心出现了偏离。为了保证小梁结构端面面积相等、同时保证小梁中心线不偏离,又提出了双边中心分割等面积法,这种方法避免了小梁结构等面积变化后的中心线偏离问题,保证拓扑优化结构的完整性。通过计算对比分析,发现双边中心分割等面积法处理后的重构模型在静力学分析中的性能均优于其他两种方法,验证了双边中心分割等面积法处理的可行性。

关键词：拓扑优化棋盘格式最小二乘法等面积法有限元分析

拓扑优化变密度法的灰度单元分层双重惩罚方法

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计算机辅助设计与图形学学报 2020年第8期32卷 1349-1356,1227页

作者：廉睿超敬石开何志军史泽芳北京理工大学机械与车辆学院北京100081

在连续体结构拓扑优化中,应用敏度过滤法可有效地去除数值不稳定问题,但易出现优化结构边界灰度扩散现象.为了获得边界清晰的拓扑结果,提出一种变密度法的灰度单元分层双重惩罚方法.该方法通过调节不含敏度过滤的SIMP优化算法中的惩罚因... 详细信息

在连续体结构拓扑优化中,应用敏度过滤法可有效地去除数值不稳定问题,但易出现优化结构边界灰度扩散现象.为了获得边界清晰的拓扑结果,提出一种变密度法的灰度单元分层双重惩罚方法.该方法通过调节不含敏度过滤的SIMP优化算法中的惩罚因子,对过滤后单元敏度进行修正,加速中间密度单元向0或1的离散状态逼近.为了加快这个过程,将该方法与分层网格细分策略相结合,优化从一个粗的有限元网格开始,利用单元密度等效映射方法将粗网格求解优化问题的结果映射为同一问题具有更细网格的初始输入,通过减少优化过程中的计算消耗,在取得具有清晰边界拓扑结构的同时提升优化过程的收敛速率.采用不同方法求解MBB梁,对最终优化结构中所含的中间密度单元数量和优化所需时间消耗进行对比;利用不同网格划分下的悬臂梁算例验证该方法的网格依赖性.结果表明,结合分层双重惩罚的SIMP算法在保留原始求解稳定性的同时,能获得具有清晰边界的拓扑构型,并提升收敛速率.

关键词：拓扑优化变密度法敏度过滤灰度单元惩罚因子

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基于自适应蜂鸟算法的飞行自组网拓扑优化

电子与信息学报 2023年第10期45卷 3685-3693页

作者：刘琰赵海涛张姣龚广伟潘筱茜陈海涛魏急波国防科技大学电子科学学院长沙410073 中国人民解放军31401部队哈尔滨150090

针对飞行自组网(FANET)中无人机(UAVs)快速移动造成的网络拓扑管理困难问题,考虑实际场景中无人机位置变化引起的可用信道差异,该文提出一种自适应蜂鸟算法对网络拓扑进行优化。首先,建立一个针对分簇结构的无人机拓扑模型,并且形成一... 详细信息

针对飞行自组网(FANET)中无人机(UAVs)快速移动造成的网络拓扑管理困难问题,考虑实际场景中无人机位置变化引起的可用信道差异,该文提出一种自适应蜂鸟算法对网络拓扑进行优化。首先,建立一个针对分簇结构的无人机拓扑模型,并且形成一个以最小化簇数量、负载偏差和簇移动度为目标的优化问题。其次,通过调节人工蜂鸟的觅食动作、加入扰动变异的方式,提出寻优能力更强的自适应蜂鸟算法(ADHA)。然后,设计合理的蜂鸟个体编码方式,将拓扑优化的决策过程转化为自适应蜂鸟算法的寻优过程。最后,通过仿真验证所提算法的收敛性,并与基于其他群智能优化算法的拓扑优化方法进行对比。实验结果表明,所提算法得到的拓扑优化策略不仅能够有效减少网络拓扑的簇数量,而且能够得到负载均衡、结构稳定的簇群。

关键词：飞行自组网拓扑优化蜂鸟算法信道差异

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软体机器人拓扑优化设计研究进展

机器人 2024年第2期46卷 219-233页

作者：罗凯李德臣陈世通陈飞飞上海交通大学上海200240

软体机器人在非结构化环境作业任务中极具潜力,但其驱动-结构一体化特性令结构设计问题颇具挑战性。相较于经验设计和仿生设计思路,拓扑优化方法从数学上实现了结构严密演化,可为设计问题提供新思路。本文聚焦于软体机器人拓扑优化设计... 详细信息

软体机器人在非结构化环境作业任务中极具潜力,但其驱动-结构一体化特性令结构设计问题颇具挑战性。相较于经验设计和仿生设计思路,拓扑优化方法从数学上实现了结构严密演化,可为设计问题提供新思路。本文聚焦于软体机器人拓扑优化设计的研究进展。首先,对软体机器人的变形行为与力交互特性两类基本设计问题进行简要描述,进而阐述拓扑优化思想以及主要的拓扑优化方法,然后列举各类软体驱动器的典型设计案例,最后系统概述软体机器人拓扑优化设计中存在的挑战与技术难点。

关键词：软体机器人结构设计拓扑优化驱动-结构一体化

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基于拓扑优化与诱导结构的抗撞结构优化设计

振动与冲击 2023年第10期42卷 215-220,229页

作者：卢积健雷正保长沙理工大学汽车与机械工程学院长沙410114

鉴于耐撞性拓扑方法在实际使用中只能获得抗撞结构的初级拓扑构型,导致抗撞结构的碰撞安全性仍有进一步提升空间的问题,以耐撞性拓扑优化为基础,获得了抗撞结构的初级拓扑构型,在初级拓扑构型的适当位置设置诱导结构,得到最终吸能单元构... 详细信息

鉴于耐撞性拓扑方法在实际使用中只能获得抗撞结构的初级拓扑构型,导致抗撞结构的碰撞安全性仍有进一步提升空间的问题,以耐撞性拓扑优化为基础,获得了抗撞结构的初级拓扑构型,在初级拓扑构型的适当位置设置诱导结构,得到最终吸能单元构型,再利用稳健性设计方法获取最终构型的最优尺寸参数,较好地弥补了基于最大吸能原则的耐撞性拓扑方法的不足。算例表明,所提的优化设计方法灵活有效,基于该方法得到的抗撞结构可以更好地满足设计要求。

关键词：耐撞性设计拓扑优化诱导结构优化设计

基于改进离散-连续参数化的结构和连续材料方向协同拓扑优化方法

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Acta Mechanica Sinica 2024年第1期40卷 197-209页

作者：罗云锋刘书田仇政麻耀辉黄永安 State Key Laboratory of Digital Manufacturing Equipment and Technology Huazhong University of Science and Technology Wuhan 430074 China State Key Laboratory of Structural Analysis for Industrial Equipment Dalian University of TechnologyDalian 116024China

结构和材料方向的并行拓扑优化是过去几十年来的一个热门话题.然而,如何避免此类问题掉入局部最优相当具有挑战性。为了解决这个问题,我们在以前的工作中提出了一种将离散材料优化方法和连续纤维取向优化方法相结合的方法,称之为离散-... 详细信息

结构和材料方向的并行拓扑优化是过去几十年来的一个热门话题.然而,如何避免此类问题掉入局部最优相当具有挑战性。为了解决这个问题,我们在以前的工作中提出了一种将离散材料优化方法和连续纤维取向优化方法相结合的方法,称之为离散-连续参数化(DCP),该方法同时继承了离散方法的全局搜索能力和连续方法的全设计空间然而,DCP方法需要太多设计变量,导致了巨大的计算负担.因此,我们在本工作中提出了一种改进的DCP方法,以减少设计变量的数量,同时又不牺牲优化问题的凸性。在该方法中,我们提出了一种扩展的多材料插值方法,该方法能够大大减少设计变量的数量。然后,我们将所提出的插值方法集成到DCP方法中,最终建立了结构拓扑和纤维取向协同优化的改进DCP方法.几个基准优化实例表明,该方法可以在能大大降低陷入局部最优的风险的同时,使用更少的设计变量.

关键词：纤维取向设计变量协同优化插值方法 DCP 材料优化拓扑优化结构拓扑