提出一种考虑周期性约束的多材料结构稳态热传导拓扑优化设计方法。针对多材料结构,提出基于有序有理近似材料属性模型(ordered rational approximation of material properties,Ordered-RAMP)的多材料插值模型。以结构散热弱度最小化...提出一种考虑周期性约束的多材料结构稳态热传导拓扑优化设计方法。针对多材料结构,提出基于有序有理近似材料属性模型(ordered rational approximation of material properties,Ordered-RAMP)的多材料插值模型。以结构散热弱度最小化为目标函数,体积为约束条件,将设计区域划分为有限个相同的子多材料区域。通过重新分配单元散热弱度基值,实现周期性几何约束,借助优化准则法推导设计变量的迭代格式。通过典型2D与3D数值算例,分析不同子区域个数对宏观结构与微观子区域多材料拓扑构型的影响。结果表明:所提方法可实现面向多材料结构的周期性微观构型设计,且各材料分布合理边界清晰,具有良好的稳健性;当子区域个数不同时,均可得到具有周期性的拓扑构型,且所获拓扑形式具有差异性。展开更多
拓扑优化具有设计变量多、目标性能与约束条件为设计变量的非线性、非单调隐式函数的特征,计算效率值得商榷。因此探索高效稳定的求解方法是结构拓扑优化的核心问题。提出一种基于PID控制算法的拓扑优化求解方法,采用固体各向同性微结...拓扑优化具有设计变量多、目标性能与约束条件为设计变量的非线性、非单调隐式函数的特征,计算效率值得商榷。因此探索高效稳定的求解方法是结构拓扑优化的核心问题。提出一种基于PID控制算法的拓扑优化求解方法,采用固体各向同性微结构材料惩罚模型(SIMP)方法建立单工况条件下质量约束条件下结构柔度最小化拓扑优化模型,推导出基于PID法的设计变量迭代格式,引入基于Helmholtz偏微分方程的过滤方式抑制出现的数值不稳定问题,并将所提方法扩展到两类多工况结构拓扑优化问题,通过与优化准则法(Optimality criteria,OC)和移动渐近线法(Method of moving asymptotes,MMA)进行数值结果比较可知,PID控制方法具有设置简便、高效求解、收敛稳定且无需梯度信息的优点。展开更多
针对直线电机在设计和使用过程中温度过高导致电机损坏的问题,本文对永磁同步直线电机(permanent magnet synchronous linear motor,PMLSM)进行电磁热场有限元耦合分析。首先分析二维轴对称有限元稳态解的磁通密度分布和电机主要部分的...针对直线电机在设计和使用过程中温度过高导致电机损坏的问题,本文对永磁同步直线电机(permanent magnet synchronous linear motor,PMLSM)进行电磁热场有限元耦合分析。首先分析二维轴对称有限元稳态解的磁通密度分布和电机主要部分的损耗情况,将直线电机的定子铁芯、线圈绕组等部分损耗导入瞬态热力学分析中,最后利用有限元磁场结果进行三维有限元热分析,获得永磁直线电机的温度分布情况。仿真结果表明,在额定负载下,直线电机最高温度为79.75℃,温度最大值在线圈绕组,直线电机温度最低为51.25℃,满足设计需求。该研究对直线电机的设计和热分析具有一定的研究价值。展开更多
文摘提出一种考虑周期性约束的多材料结构稳态热传导拓扑优化设计方法。针对多材料结构,提出基于有序有理近似材料属性模型(ordered rational approximation of material properties,Ordered-RAMP)的多材料插值模型。以结构散热弱度最小化为目标函数,体积为约束条件,将设计区域划分为有限个相同的子多材料区域。通过重新分配单元散热弱度基值,实现周期性几何约束,借助优化准则法推导设计变量的迭代格式。通过典型2D与3D数值算例,分析不同子区域个数对宏观结构与微观子区域多材料拓扑构型的影响。结果表明:所提方法可实现面向多材料结构的周期性微观构型设计,且各材料分布合理边界清晰,具有良好的稳健性;当子区域个数不同时,均可得到具有周期性的拓扑构型,且所获拓扑形式具有差异性。
文摘传统的拓扑优化设计通常基于单材料与确定性条件,往往难以兼顾结构性能的稳健性。针对实际工程中载荷不确定性问题,研究多材料结构稳健拓扑优化设计方法。基于有序各向同性微结构材料惩罚模型法(Ordered-Solid Isotropic Microstructures with Penalization,Ordered-SIMP),进行多材料插值模型表征。构建载荷概率分布条件下结构柔度均值与标准差的加权目标函数,辅以体积约束。针对载荷满足随机场分布时,采用Karhunen-Loève展开将载荷随机场变换为有限个不相关的载荷随机变量加权和,并借助稀疏网格数值积分方法,将多材料结构稳健拓扑优化转化为求解一组多工况加权多目标确定性拓扑优化设计问题。通过数值算例验证所提方法的有效性与优化结果的稳健性。结果表明:针对不同材料组合方案,均能有效获得良好的多材料拓扑构型;与确定性设计相比较,稳健设计具有不同的材料布局方案,且结构性能更加稳定。
文摘拓扑优化具有设计变量多、目标性能与约束条件为设计变量的非线性、非单调隐式函数的特征,计算效率值得商榷。因此探索高效稳定的求解方法是结构拓扑优化的核心问题。提出一种基于PID控制算法的拓扑优化求解方法,采用固体各向同性微结构材料惩罚模型(SIMP)方法建立单工况条件下质量约束条件下结构柔度最小化拓扑优化模型,推导出基于PID法的设计变量迭代格式,引入基于Helmholtz偏微分方程的过滤方式抑制出现的数值不稳定问题,并将所提方法扩展到两类多工况结构拓扑优化问题,通过与优化准则法(Optimality criteria,OC)和移动渐近线法(Method of moving asymptotes,MMA)进行数值结果比较可知,PID控制方法具有设置简便、高效求解、收敛稳定且无需梯度信息的优点。
文摘针对直线电机在设计和使用过程中温度过高导致电机损坏的问题,本文对永磁同步直线电机(permanent magnet synchronous linear motor,PMLSM)进行电磁热场有限元耦合分析。首先分析二维轴对称有限元稳态解的磁通密度分布和电机主要部分的损耗情况,将直线电机的定子铁芯、线圈绕组等部分损耗导入瞬态热力学分析中,最后利用有限元磁场结果进行三维有限元热分析,获得永磁直线电机的温度分布情况。仿真结果表明,在额定负载下,直线电机最高温度为79.75℃,温度最大值在线圈绕组,直线电机温度最低为51.25℃,满足设计需求。该研究对直线电机的设计和热分析具有一定的研究价值。
