基于工艺约束特征的三维结构拓扑优化技术
发布时间：2021-01-31 17:30
针对结构拓扑优化技术在工程应用过程中的工艺约束引入问题,在基本变密度法的基础上,面向制造工艺约束引入了可扩展的约束因子,并通过特征匹配技术将制造工艺约束和约束因子链接,进而对可变密度结构拓扑优化方法进行面向应用的改进。该方法首先通过特征建模技术将各类制造工艺约束形成可检索的制造特征,利用特征匹配技术寻找符合设计要求的制造特征,并根据优选的制造特征初始化约束因子和单元伪密度。然后通过约束因子对设计变量的控制作用,结合材料属性的合理近似模型,利用优化准则法和独立网格过滤技术,完成结构设计域的优化。给出了约束因子的扩展模型、带约束因子变密度法的改进数学模型以及带约束因子变密度优化设计的求解过程和应用流程图,并用MATLAB程序实现该算法。通过一个算例计算给出了求解运算和数据分析结果,验证了该方法求解的可行性与有效性。
【文章来源】：计算机集成制造系统. 2017,23(03)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
通孔及笼特征示章图
第３期邱福生等：基于工艺约束特征的三维结构拓扑优化技术Ｍｅ＝（ａｉｊｋ）ａｉｊｋ＝ｃ１Ｓｅ∩Ω＝?ｃ２Ｓｅ＝Ωｃ３Ｓｅ?Ω０Ｓｅ?烅烄烆熿燀燄燅Ωｍｅ×ｎｅ×ｐｅ；Ｍｓ０ｅ＝（ａｓ０ｉｊｋ）ａｓ０（ｉ＋ｉ０）（ｊ＋ｊ０）（ｋ＋ｋ０［）＝ａｉｊｋ（ｉ，ｊ，ｋ）∈（ｍｅ，ｎｅ，ｐｅ）０（ｉ，ｊ，ｋ）?（ｍｅ，ｎｅ，ｐｅ烅烄烆］）ｍ×ｎ×ｐ；ｘｎｅｗｅ＝ｘｅ×（１＋∑?ａｓ０ｉｊｋ）ｅ（ｉｊｋ）∈（ｍ，ｎ，［ｐ），?＝ζａｓ０ｉｊｋ＝ｃ２，ｃ３０ａｓ０ｉｊｋ＝０－１ａｓ０ｉｊｋ＝ｃ烅烄烆燄燅１。（９）２．３含制造工艺约束的三维拓扑优化技术对传统变密度法的改进为在拓扑优化核心算法中引入制造工艺约束开辟了相对独立的连接变量ｘｎｅｗｅ，其应用流程如图５所示。经过图５中①～④步以后，制造工艺约束满足参加拓扑优化计算的所有条件，其参加的三维拓扑优化流程如图６所示，图中带阴影部分为引入约束因子需要适当变换的环节。注意在②步离散过程中的单元形式必须与拓扑优化主体模型一致，若不一致，则必须在第③步中进行转换。３模型验证与实例三维拓扑优化技术已经有相对成熟的商业软件，可以通过设计者手工引入预设类型的设计约束，但有局限性［２１－２２］。本文以文献［２３］的拓扑优化代码为基础，通过简单的修
第３期邱福生等：基于工艺约束特征的三维结构拓扑优化技术Ｍｅ＝（ａｉｊｋ）ａｉｊｋ＝ｃ１Ｓｅ∩Ω＝?ｃ２Ｓｅ＝Ωｃ３Ｓｅ?Ω０Ｓｅ?烅烄烆熿燀燄燅Ωｍｅ×ｎｅ×ｐｅ；Ｍｓ０ｅ＝（ａｓ０ｉｊｋ）ａｓ０（ｉ＋ｉ０）（ｊ＋ｊ０）（ｋ＋ｋ０［）＝ａｉｊｋ（ｉ，ｊ，ｋ）∈（ｍｅ，ｎｅ，ｐｅ）０（ｉ，ｊ，ｋ）?（ｍｅ，ｎｅ，ｐｅ烅烄烆］）ｍ×ｎ×ｐ；ｘｎｅｗｅ＝ｘｅ×（１＋∑?ａｓ０ｉｊｋ）ｅ（ｉｊｋ）∈（ｍ，ｎ，［ｐ），?＝ζａｓ０ｉｊｋ＝ｃ２，ｃ３０ａｓ０ｉｊｋ＝０－１ａｓ０ｉｊｋ＝ｃ烅烄烆燄燅１。（９）２．３含制造工艺约束的三维拓扑优化技术对传统变密度法的改进为在拓扑优化核心算法中引入制造工艺约束开辟了相对独立的连接变量ｘｎｅｗｅ，其应用流程如图５所示。经过图５中①～④步以后，制造工艺约束满足参加拓扑优化计算的所有条件，其参加的三维拓扑优化流程如图６所示，图中带阴影部分为引入约束因子需要适当变换的环节。注意在②步离散过程中的单元形式必须与拓扑优化主体模型一致，若不一致，则必须在第③步中进行转换。３模型验证与实例三维拓扑优化技术已经有相对成熟的商业软件，可以通过设计者手工引入预设类型的设计约束，但有局限性［２１－２２］。本文以文献［２３］的拓扑优化代码为基础，通过简单的修
【参考文献】：
期刊论文
[1]结构拓扑优化中变量连接算法研究与软件实现[J]. 陈峰,陈飙松,周大为,张盛. 计算力学学报. 2016(02)
[2]基于人工制造约束的三维拓扑优化设计方法[J]. 邱亚玲,伊海洋,王维,伍建川. 机械设计与制造. 2015(01)
[3]基于制造工艺约束的悬架控制臂拓扑优化[J]. 时培成,周永,高立新. 机械设计. 2013(10)
[4]基于制造工艺约束的数控插齿机中床身拓扑优化设计[J]. 杜义贤,付君健,田启华. 工程设计学报. 2011(05)
[5]三维机翼翼盒的结构拓扑优化设计[J]. 邱福生,裴颖,孙聪,刘书田. 计算机集成制造系统. 2010(11)
[6]面向制造的连续体结构拓扑优化设计方法研究[J]. 王明强,李治多. 中国机械工程. 2010(05)
博士论文
[1]连续体结构拓扑优化理论与应用研究[D]. 左孔天.华中科技大学 2004
硕士论文
[1]面向可制造性的连续体结构拓扑优化方法研究[D]. 熊炜.华中科技大学 2013
本文编号：3011299
【文章来源】：计算机集成制造系统. 2017,23(03)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
通孔及笼特征示章图
第３期邱福生等：基于工艺约束特征的三维结构拓扑优化技术Ｍｅ＝（ａｉｊｋ）ａｉｊｋ＝ｃ１Ｓｅ∩Ω＝?ｃ２Ｓｅ＝Ωｃ３Ｓｅ?Ω０Ｓｅ?烅烄烆熿燀燄燅Ωｍｅ×ｎｅ×ｐｅ；Ｍｓ０ｅ＝（ａｓ０ｉｊｋ）ａｓ０（ｉ＋ｉ０）（ｊ＋ｊ０）（ｋ＋ｋ０［）＝ａｉｊｋ（ｉ，ｊ，ｋ）∈（ｍｅ，ｎｅ，ｐｅ）０（ｉ，ｊ，ｋ）?（ｍｅ，ｎｅ，ｐｅ烅烄烆］）ｍ×ｎ×ｐ；ｘｎｅｗｅ＝ｘｅ×（１＋∑?ａｓ０ｉｊｋ）ｅ（ｉｊｋ）∈（ｍ，ｎ，［ｐ），?＝ζａｓ０ｉｊｋ＝ｃ２，ｃ３０ａｓ０ｉｊｋ＝０－１ａｓ０ｉｊｋ＝ｃ烅烄烆燄燅１。（９）２．３含制造工艺约束的三维拓扑优化技术对传统变密度法的改进为在拓扑优化核心算法中引入制造工艺约束开辟了相对独立的连接变量ｘｎｅｗｅ，其应用流程如图５所示。经过图５中①～④步以后，制造工艺约束满足参加拓扑优化计算的所有条件，其参加的三维拓扑优化流程如图６所示，图中带阴影部分为引入约束因子需要适当变换的环节。注意在②步离散过程中的单元形式必须与拓扑优化主体模型一致，若不一致，则必须在第③步中进行转换。３模型验证与实例三维拓扑优化技术已经有相对成熟的商业软件，可以通过设计者手工引入预设类型的设计约束，但有局限性［２１－２２］。本文以文献［２３］的拓扑优化代码为基础，通过简单的修
第３期邱福生等：基于工艺约束特征的三维结构拓扑优化技术Ｍｅ＝（ａｉｊｋ）ａｉｊｋ＝ｃ１Ｓｅ∩Ω＝?ｃ２Ｓｅ＝Ωｃ３Ｓｅ?Ω０Ｓｅ?烅烄烆熿燀燄燅Ωｍｅ×ｎｅ×ｐｅ；Ｍｓ０ｅ＝（ａｓ０ｉｊｋ）ａｓ０（ｉ＋ｉ０）（ｊ＋ｊ０）（ｋ＋ｋ０［）＝ａｉｊｋ（ｉ，ｊ，ｋ）∈（ｍｅ，ｎｅ，ｐｅ）０（ｉ，ｊ，ｋ）?（ｍｅ，ｎｅ，ｐｅ烅烄烆］）ｍ×ｎ×ｐ；ｘｎｅｗｅ＝ｘｅ×（１＋∑?ａｓ０ｉｊｋ）ｅ（ｉｊｋ）∈（ｍ，ｎ，［ｐ），?＝ζａｓ０ｉｊｋ＝ｃ２，ｃ３０ａｓ０ｉｊｋ＝０－１ａｓ０ｉｊｋ＝ｃ烅烄烆燄燅１。（９）２．３含制造工艺约束的三维拓扑优化技术对传统变密度法的改进为在拓扑优化核心算法中引入制造工艺约束开辟了相对独立的连接变量ｘｎｅｗｅ，其应用流程如图５所示。经过图５中①～④步以后，制造工艺约束满足参加拓扑优化计算的所有条件，其参加的三维拓扑优化流程如图６所示，图中带阴影部分为引入约束因子需要适当变换的环节。注意在②步离散过程中的单元形式必须与拓扑优化主体模型一致，若不一致，则必须在第③步中进行转换。３模型验证与实例三维拓扑优化技术已经有相对成熟的商业软件，可以通过设计者手工引入预设类型的设计约束，但有局限性［２１－２２］。本文以文献［２３］的拓扑优化代码为基础，通过简单的修
【参考文献】：
期刊论文
[1]结构拓扑优化中变量连接算法研究与软件实现[J]. 陈峰,陈飙松,周大为,张盛. 计算力学学报. 2016(02)
[2]基于人工制造约束的三维拓扑优化设计方法[J]. 邱亚玲,伊海洋,王维,伍建川. 机械设计与制造. 2015(01)
[3]基于制造工艺约束的悬架控制臂拓扑优化[J]. 时培成,周永,高立新. 机械设计. 2013(10)
[4]基于制造工艺约束的数控插齿机中床身拓扑优化设计[J]. 杜义贤,付君健,田启华. 工程设计学报. 2011(05)
[5]三维机翼翼盒的结构拓扑优化设计[J]. 邱福生,裴颖,孙聪,刘书田. 计算机集成制造系统. 2010(11)
[6]面向制造的连续体结构拓扑优化设计方法研究[J]. 王明强,李治多. 中国机械工程. 2010(05)
博士论文
[1]连续体结构拓扑优化理论与应用研究[D]. 左孔天.华中科技大学 2004
硕士论文
[1]面向可制造性的连续体结构拓扑优化方法研究[D]. 熊炜.华中科技大学 2013
本文编号：3011299
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