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Multi-objective Topology Optimization of Thermo-mechanical Compliant Mechanisms 被引量:6
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作者 LI Dongmei ZHANG Xianmin +2 位作者 GUAN Yisheng ZHANG Hong WANG Nianfeng 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2011年第6期1123-1129,共7页
The material characteristics of a structure will change with temperature variation,and will induce stress within the structure.Currently,the optimal design for the topology of compliant mechanisms is mainly performed ... The material characteristics of a structure will change with temperature variation,and will induce stress within the structure.Currently,the optimal design for the topology of compliant mechanisms is mainly performed in single physical field.However,when compliant mechanisms work in high temperature environments,their displacement outputs are generated not only by mechanical load,but also by the temperature variation which may become the prominent factor.Therefore,the influence of temperature must be considered in the design.In this paper,a novel optimization method for multi-objective topology of thermo-mechanical compliant mechanisms is presented.First,the thermal field is analyzed with finite-element method,where the thermal strain is taken into account in the constitutive relation,and the equivalent nodal thermal load is derived with the principle of virtual work.Then the thermal load is converted into physical loads in elastic field,and the control equation of the thermo-mechanical compliant mechanism is obtained.Second,the mathematical model of the multi-objective topology optimization is built by incorporating both the flexibility and stiffness.Meanwhile,the coupling sensitivity function and the sensitivity analysis equations of thermal steady-state response are derived.Finally,optimality criteria algorithm is employed to obtain numerical solution of the multi-objective topology optimization.Numerical examples show that the compliant mechanisms have better performance and are more applicable if the temperature effect is taken into account in the design process.The presented modeling and analysis methods provide a new idea and an effective approach to topology optimization of compliant mechanisms in electrothermic coupling field and multiphysics fields. 展开更多
关键词 compliant mechanisms topology optimization thermo-mechanical coupling MULTI-OBJECTIVE coupling sensitivity
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基于法布里珀罗微腔阵列的光读出红外热成像器件设计与制作 被引量:4
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作者 冯飞 焦继伟 +1 位作者 熊斌 王跃林 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第10期1375-1380,共6页
提出了一种新颖的基于硅基法布里珀罗微腔阵列的光读出红外热成像器件 ,该器件利用光学读出技术将红外图像直接转化为可见光图像 ,其焦平面阵列 (FPA)是一个基于微机电系统 (MEMS)制作的法布里珀罗微腔阵列。阐明了器件的工作原理 ;完... 提出了一种新颖的基于硅基法布里珀罗微腔阵列的光读出红外热成像器件 ,该器件利用光学读出技术将红外图像直接转化为可见光图像 ,其焦平面阵列 (FPA)是一个基于微机电系统 (MEMS)制作的法布里珀罗微腔阵列。阐明了器件的工作原理 ;完成了可动微镜结构、热机械、可见光读出部分设计。理论分析表明 ,对Al/SiO2 双材料体系而言 ,SiO2 厚度应大于 0 .3μm ,其最佳厚度比为 0 .5 98,相应的最大热 机械灵敏度可达 10 -8m/K。采用体硅微机电系统技术 ,实验制作出了 5 0× 5 0焦平面阵列。 展开更多
关键词 光读出热成像 法布里-珀罗微腔 微机电系统 热-机械灵敏度
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水下井口套管悬挂器的敏感性及疲劳损伤分析
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作者 武胜男 李滨 +3 位作者 张来斌 郑文培 耿亚楠 冯桓榰 《石油机械》 北大核心 2023年第5期53-59,85,共8页
套管悬挂器是水下井口的关键部件之一,在温压环境等多场耦合作用下容易引发疲劳失效,破坏油气井井筒完整性。为探究套管悬挂器在复杂环境下的力学性能和疲劳损伤变化规律,以南海东方1-1气田某板块的水下井口为例,分析套管悬挂器温度分... 套管悬挂器是水下井口的关键部件之一,在温压环境等多场耦合作用下容易引发疲劳失效,破坏油气井井筒完整性。为探究套管悬挂器在复杂环境下的力学性能和疲劳损伤变化规律,以南海东方1-1气田某板块的水下井口为例,分析套管悬挂器温度分布和各类载荷,建立基于热力耦合作用的水下井口套管悬挂器精细有限元模型,对比下放、BOP试压、回收下放工具和完井采油等4种工况下套管悬挂器的力学性能和疲劳损伤,并评估温度和BOP重力等敏感性因素对水下井口套管悬挂器力学性能的影响效果。研究结果表明:在热力耦合作用下,等效应力和变形量均显著增加,井口温度对套管悬挂器性能的影响显著;最大疲劳损伤出现在BOP试压工况下,其值为1.23×10^(-4) d^(-1),在该工况下套管悬挂器的疲劳寿命为22.27 a,满足设计要求。研究成果对水下井筒完整性评估及深水钻采安全作业具有指导意义。 展开更多
关键词 水下井口 套管悬挂器 热力耦合 敏感性分析 疲劳损伤
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基于显微数字全息的FPA热机械灵敏度测量
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作者 刘滨 钱晓凡 +2 位作者 曹强 荣文秀 张永安 《激光杂志》 北大核心 2017年第11期42-45,共4页
焦平面阵列是光学读出非制冷红外成像系统的重要部分。在理论分析的基础上设计了一个显微数字全息系统,测量了一种FPA的热机械灵敏度,结果为0.199deg/K。实验还发现FPA反光板上不同位置处热机械灵敏度是不同的,实验给出了热机械灵敏度... 焦平面阵列是光学读出非制冷红外成像系统的重要部分。在理论分析的基础上设计了一个显微数字全息系统,测量了一种FPA的热机械灵敏度,结果为0.199deg/K。实验还发现FPA反光板上不同位置处热机械灵敏度是不同的,实验给出了热机械灵敏度随到反光板固定端距离的变化函数关系式。 展开更多
关键词 信息光学 非制冷红外成像 焦平面阵列 热机械灵敏度 数字全息
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搅拌摩擦焊接数值模拟的网格敏感性分析 被引量:9
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作者 刘亚丽 张昭 +1 位作者 陈金涛 张洪武 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第1期140-145,共6页
利用完全热力耦合模型,通过对具有不同网格尺寸的焊接构件有限元模型的计算,分析了网格敏感性对模拟结果的影响,同时简要分析了焊接过程中温度分布和残余应力大小及分布形式。数值结果表明,网格密度影响计算误差,同时决定着计算效率和... 利用完全热力耦合模型,通过对具有不同网格尺寸的焊接构件有限元模型的计算,分析了网格敏感性对模拟结果的影响,同时简要分析了焊接过程中温度分布和残余应力大小及分布形式。数值结果表明,网格密度影响计算误差,同时决定着计算效率和计算成本。随着网格密度的增加,计算结果的精度得到提高,当网格加密到一定程度,计算结果的精度并没有随着网格密度的增加成比例的增加。焊接过程中温度近似呈稳态分布,焊接构件的纵向残余应力分布呈现典型双峰特征,这些现象都与已有试验所得结论吻合。 展开更多
关键词 搅拌摩擦焊接 完全热力耦合模型 网格敏感性 残余应力 温度分布
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基于Sobol法的固体火箭发动机喷管参数的灵敏度分析 被引量:1
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作者 许凯 郑昌军 +4 位作者 余志强 生志斐 张光喜 校金友 尤军峰 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期830-837,共8页
为了准确量化材料参数与结构参数的不确定性对固体火箭发动机喷管热破坏的影响,基于Sobol法发展了一种喷管参数的灵敏度分析方法。该方法首先通过完全耦合热力分析得到喷管的应力分布及喉衬与扩张段上的应力极值;然后分别在喉衬与扩张... 为了准确量化材料参数与结构参数的不确定性对固体火箭发动机喷管热破坏的影响,基于Sobol法发展了一种喷管参数的灵敏度分析方法。该方法首先通过完全耦合热力分析得到喷管的应力分布及喉衬与扩张段上的应力极值;然后分别在喉衬与扩张段的不确定性参数中选取对应力极值影响较大的材料参数和结构参数进行随机取样,并将得到的样本作为输入变量代入喷管热力分析中,获取应力极值处的等效应力和环向应力两组输出响应;最后基于Sobol法对输入样本和输出响应进行分析,得到各参数的灵敏度值。分析结果验证了该方法的有效性,并表明对于喉衬,等效应力极值和环向应力极值的敏感参数均为材料线膨胀系数;对于扩张段,除了材料线膨胀系数外,等效应力极值和环向应力极值对结构夹角的变化同样较为敏感,材料线膨胀系数的变化对环向应力极值的影响最为显著,而结构夹角的变化对等效应力极值的影响更显著。 展开更多
关键词 固体火箭发动机 喷管 热破坏 热力耦合分析 全局灵敏度 Sobol法
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光读出热成像芯片的优化设计与ANSYS模拟 被引量:1
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作者 冯飞 焦继伟 +1 位作者 熊斌 王跃林 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第5期552-556,共5页
利用一种近似理论——悬臂梁理论对光读出热成像芯片进行了优化设计 ,所采用的 Al/ Si O2 双材料体系 ,其关键性能指标——热 -机械灵敏度可达 6 .6 0× 10 - 8m/ K,与之相对应的最优厚度比为 0 .6 .同时 ANSYS模拟表明 ,可动微镜... 利用一种近似理论——悬臂梁理论对光读出热成像芯片进行了优化设计 ,所采用的 Al/ Si O2 双材料体系 ,其关键性能指标——热 -机械灵敏度可达 6 .6 0× 10 - 8m/ K,与之相对应的最优厚度比为 0 .6 .同时 ANSYS模拟表明 ,可动微镜热 -机械灵敏度为 2 .80× 10 - 8m/ K.芯片实测热 -机械灵敏度为 2 .0 2× 10 - 8m/ K,测试结果进一步证实了理论分析与 ANSYS模拟的结果 .理论计算表明 ,可动微镜热响应时间常数为 4 .4 5× 10 - 4s. 展开更多
关键词 微机电系统(MEMS) 光读出热成像 可动微镜阵列 热-机械灵敏度 热响应时间常数
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泥岩核废料处置库温度-渗流-应力耦合参数敏感性分析 被引量:8
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作者 陈卫忠 马永尚 +2 位作者 于洪丹 龚哲 李香玲 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期407-416,共10页
针对比利时HADES地下实验室PRACLAY现场加热试验,应用温度-渗流-应力耦合弹塑性模型,模拟现场加热过程中泥岩核废料处置库的水力学响应特征。采用单因素分析法,就泥岩热、水、力学参数对核废料处置库围岩孔压、温度、有效应力的影响进... 针对比利时HADES地下实验室PRACLAY现场加热试验,应用温度-渗流-应力耦合弹塑性模型,模拟现场加热过程中泥岩核废料处置库的水力学响应特征。采用单因素分析法,就泥岩热、水、力学参数对核废料处置库围岩孔压、温度、有效应力的影响进行了三维有限元分析。并基于参数敏感性分析结果,就温度、渗流、应力三场两两耦合作用对处置库围岩水力学响应的影响程度进行了系统分析。研究结果表明:泥岩热、水、力学参数中,渗透系数、弹性模量以及导热系数对加温所导致的超孔压的值影响较大;凝聚力、内摩擦角以及热膨胀系数对孔压的影响较小,但会显著影响围岩的有效应力;导热系数对围岩温度场的分布有决定性影响,温度传递的差异会显著影响围岩的孔压和有效应力;不同的热、水、力学参数对孔压、温度以及有效应力的影响机制是不同的,温度、渗流、应力三场两两耦合作用对围岩水力学响应的影响程度也存在显著的差异性。温度场对应力场、温度场对渗流场的耦合效应十分显著,加热后,围岩超孔压的产生以及热膨胀导致的有效应力变化会显著影响处置库的稳定。该研究结果在一定程度上可以为核废料处置库泥岩的热、水、力学参数的确定及耦合机制分析提供科学依据。 展开更多
关键词 温度-应力-渗流耦合 敏感性分析 泥岩 孔隙水压力 有效应力
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