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一种永磁吸附履带式爬壁机器人主体结构的变密度拓扑优化
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作者 冯玉勇 管殿柱 +2 位作者 宋新城 王宪辉 邓皓云 《现代制造技术与装备》 2024年第4期4-6,共3页
针对爬壁机器人机身过重导致其运动灵活性差的问题,采用变密度法对爬壁机器人的主体结构进行拓扑优化,以降低机器人主体结构的质量。选择爬壁机器人主体结构质量占比大的关键部件进行变密度拓扑优化,并对优化结果进行有限元分析。分析... 针对爬壁机器人机身过重导致其运动灵活性差的问题,采用变密度法对爬壁机器人的主体结构进行拓扑优化,以降低机器人主体结构的质量。选择爬壁机器人主体结构质量占比大的关键部件进行变密度拓扑优化,并对优化结果进行有限元分析。分析结果表明,部件优化后结构最大变形量小于结构的许用变形量,最大静应力小于所用材料的许用强度,爬壁机器人主体结构质量由0.849 kg减少到0.673 kg,减轻了20.73%。 展开更多
关键词 爬壁机器人 变密度拓扑优化 有限元分析
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基于拓扑与形状优化的超薄圆锯片曲线缝结构设计 被引量:2
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作者 贾娜 陈肖男 +3 位作者 郭磊 岳德国 花军 刘伟 《木材科学与技术》 北大核心 2023年第1期91-98,共8页
为实现超薄型圆锯片曲线缝的结构设计,基于变密度法拓扑优化和模式搜索算法的形状优化相结合的方法,对圆锯片的曲线缝结构进行优化设计。通过基于变密度法的拓扑优化,确定曲线缝开设位置;以圆锯片整体振幅作为评价标准,以拓扑优化后得... 为实现超薄型圆锯片曲线缝的结构设计,基于变密度法拓扑优化和模式搜索算法的形状优化相结合的方法,对圆锯片的曲线缝结构进行优化设计。通过基于变密度法的拓扑优化,确定曲线缝开设位置;以圆锯片整体振幅作为评价标准,以拓扑优化后得出的设计域作为边界条件,通过模式搜索算法对圆锯片曲线缝结构形状进行优化,得出给定约束和载荷条件下的最优解。在试验过程中进一步证明了曲线缝形状对锯片轴向振动影响的重要性。 展开更多
关键词 超薄圆锯片 曲线缝 基于密度拓扑优化 基于模式搜索算法形状优化 结构设计
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基于变密度法的山地自行车关键连接结构件拓扑优化设计 被引量:1
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作者 何富春 姜文蔚 +3 位作者 宁睿彬 黄楷斌 霍绍勇 符纯明 《南华大学学报(自然科学版)》 2022年第5期85-90,共6页
针对山地自行车减震器端和车架连接端的关键结构部件的轻量化设计问题,构建等比例三维实体模型,并采用变密度理论的拓扑优化方法,以最大化刚度为优化目标,以设计空间总体积和质量作为约束条件,对山地自行车结构部件进行拓扑优化再设计... 针对山地自行车减震器端和车架连接端的关键结构部件的轻量化设计问题,构建等比例三维实体模型,并采用变密度理论的拓扑优化方法,以最大化刚度为优化目标,以设计空间总体积和质量作为约束条件,对山地自行车结构部件进行拓扑优化再设计。优化求解获得一个新型的连接结构件,并对该结构在实际工况下的Mises应力、最大位移和安全系数等进行仿真校核,通过优化前后结构的分析结果综合对比,发现在保证结构部件强度、可靠性的前提下,该结构部件实现减重约50%,极大节省材料消耗。 展开更多
关键词 拓扑优化(密度法) 有限元分析 增材制造 山地自行车
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基于辛格插值模式的连续体结构拓扑优化研究
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作者 李玉刚 杨林 《机电工程》 CAS 北大核心 2023年第1期136-143,共8页
传统变密度拓扑优化求解方法存在单向惩罚特性缺陷,为了有效弥补传统变密度法的缺陷,对惩罚函数法进行了研究,提出了一种基于辛格插值模式的连续体结构拓扑优化新方法。首先,基于现有惩罚函数特性,提出了一种更加合理的中间单元处理策略... 传统变密度拓扑优化求解方法存在单向惩罚特性缺陷,为了有效弥补传统变密度法的缺陷,对惩罚函数法进行了研究,提出了一种基于辛格插值模式的连续体结构拓扑优化新方法。首先,基于现有惩罚函数特性,提出了一种更加合理的中间单元处理策略;然后,采用辛格函数,构造了一种新的、更加合理的、且具有双向促进特性的材料特性插值模式,并建立了基于辛格插值模式的连续体结构拓扑优化模型;最后,利用移动渐进算法,并结合算例,验证了连续体结构拓扑优化新方法对于二维及三维设计域拓扑优化的有效性。研究结果表明:该连续体结构拓扑优化新方法在不采用过滤技术的情况下,既可消除数值不稳定现象,又可得到具有清晰边界的拓扑结构;与第二类辛格插值法和SIMP插值法相比,只对敏度进行辛格插值的第一类辛格插值法更加敏捷,可得到更小的目标函数值;对于三维设计域拓扑优化,采用连续体结构拓扑优化新方法所得结构拓扑可靠、清晰,且不失真。 展开更多
关键词 变密度拓扑优化求解方法 惩罚函数法 辛格函数 移动渐进算法 双向促进
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面向增材制造的汽车轴承支座轻量化设计 被引量:1
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作者 林琬淳 杨济硕 +2 位作者 杨国溪 杨孟杰 徐榕蔚 《桂林电子科技大学学报》 2023年第4期259-264,共6页
拓扑优化和晶格填充2种轻量化方法结合使轻量化设计拥有无限可能,而增材制造技术使其制造成为可能,极大推动了其发展应用的可能性。将拓扑优化和晶格填充2种轻量化方法结合对汽车轴承支座进行轻量化设计,采用变密度拓扑优化技术建立SIMP... 拓扑优化和晶格填充2种轻量化方法结合使轻量化设计拥有无限可能,而增材制造技术使其制造成为可能,极大推动了其发展应用的可能性。将拓扑优化和晶格填充2种轻量化方法结合对汽车轴承支座进行轻量化设计,采用变密度拓扑优化技术建立SIMP-刚度材料密度插值模型优化轴承支座的材料密度分布,划分出0~0.4、0.4~0.8、0.8~1.0三个相对密度区间,以相对密度为0.2、0.6、1.0的体心立方晶格结构对应3个相对密度区间区域进行填充,组装整合得到轻量化设计的汽车轴承支座。通过有限元分析其安全性能,结果表明:轴承支座的整体应力应变梯度分布均匀,材料利用率提高,最大应力由原始模型的215 MPa转变为356 MPa,仍满足使用要求,而质量相对于原始模型降低53.89%,达到轻量化效果。该设计思路为航空航天、汽车船舶等领域的机械结构轻量化提供了一种有效实用的新方法。 展开更多
关键词 汽车轴承支座 变密度拓扑优化 相对密度 晶格结构 轻量化
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Deployment dynamics and topology optimization of a spinning inflatable structure 被引量:2
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作者 Jialiang Sun Dongping Jin Haiyan Hu 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第10期1-13,共13页
Inflatable space structures may undergo the vibration of a long duration because of their features of dynamic deployment,high flexibility,and low-frequency modes.In this paper,a topology optimization methodology is pr... Inflatable space structures may undergo the vibration of a long duration because of their features of dynamic deployment,high flexibility,and low-frequency modes.In this paper,a topology optimization methodology is proposed to reduce the vibration of a spinning inflatable structure.As the first step,a variable-length shell element is developed in the framework of arbitrary Lagrange-Euler(ALE)and absolute nodal coordinate formulation(ANCF)to accurately model the deployment dynamics of the inflatable structure.With the help of two additional material coordinates,the shell element of ALE-ANCF has the ability to describe the large deformation,large overall motion,and variable length of an inflatable structure.The nonlinear elastic forces and additional inertial forces induced by the variable length are analytically derived.In the second step,a topology optimization procedure is presented for the dynamic response of an inflatable structure through the integration of the equivalent static loads(ESL)method and the density method.The ESL sets of the variable-length inflatable structure are defined to simplify the dynamic topology optimization into a static one,while the density-based topology optimization method is used to describe the topology of the inflatable structure made of two materials and solve the static optimization problem.In order to obtain more robust optimization results,sensitivity analysis,density filter,and projection techniques are also utilized.Afterwards,a benchmark example is presented to validate the ALE-ANCF modeling scheme.The deployment dynamics and corresponding topology optimization of a spinning inflatable structure are studied to show the effectiveness of the proposed topology optimization methodology. 展开更多
关键词 Deployment dynamics Topology optimization Vibration reduction Inflatable structures Flexible multibody systems
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