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基于杂交元和变密度法的连续体结构拓扑优化设计 被引量:47
1
作者 袁振 吴长春 庄守兵 《中国科学技术大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2001年第6期694-699,共6页
将杂交元推广于结构拓扑优化设计 ,推导了拓扑优化中数值计算和敏度分析的基本方程 ,对等参元和杂交元的拓扑优化结果进行了对照 .最后的优化布局表明 :使用杂交元能得到较好的拓扑优化结果 ,再实施过滤技术 ,优化结果会更加精致 .杂交... 将杂交元推广于结构拓扑优化设计 ,推导了拓扑优化中数值计算和敏度分析的基本方程 ,对等参元和杂交元的拓扑优化结果进行了对照 .最后的优化布局表明 :使用杂交元能得到较好的拓扑优化结果 ,再实施过滤技术 ,优化结果会更加精致 .杂交元不仅能提供更高精度的拓扑优化结果 。 展开更多
关键词 拓扑优化 杂交元 棋盘格式 变密度法 连续结构 设计
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连续体结构拓扑优化设计的ICM方法 被引量:26
2
作者 杨德庆 刘正兴 隋允康 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第6期734-736,共3页
基于独立连续拓扑变量及映射变换(ICM)的拓扑优化方法应用于连续体结构,建立了统一的以重量为目标、考虑应力约束的连续体结构拓扑优化模型.提出基于综合评价的高效单元删除准则及算法.给出的经典的二维和三维连续体结构拓扑优... 基于独立连续拓扑变量及映射变换(ICM)的拓扑优化方法应用于连续体结构,建立了统一的以重量为目标、考虑应力约束的连续体结构拓扑优化模型.提出基于综合评价的高效单元删除准则及算法.给出的经典的二维和三维连续体结构拓扑优化算例表明,这种统一的模型由骨架结构发展到连续体结构的拓扑优化也是成功的.该方法具有算法简单。 展开更多
关键词 ICM法 连续结构 拓扑优化 优化设计
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多工况应力约束下连续体结构拓扑优化设计 被引量:29
3
作者 王健 程耿东 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2003年第1期55-57,75,共4页
建立多工况应力约束条件下连续体结构拓扑优化的数学模型 ,给出求解方法。采用包络法处理大量的应力约束 ,用改进的满应力法进行求解 ,方法简单、实用。提出的分层优化技术能使最优结构更为清晰。分层优化方法的基本思想是按载荷大小分... 建立多工况应力约束条件下连续体结构拓扑优化的数学模型 ,给出求解方法。采用包络法处理大量的应力约束 ,用改进的满应力法进行求解 ,方法简单、实用。提出的分层优化技术能使最优结构更为清晰。分层优化方法的基本思想是按载荷大小分为几个层次 ,后面层次的拓扑优化以前面层次得到的最优拓扑为基础 ,通过逐层优化 ,最终得到最优结构。分层优化时主要考虑属于本层载荷的影响 ,避免大小载荷混在一起 ,最优拓扑模糊不清的问题。为解决各层优化单元厚度相差太大 ,易造成结构刚度矩阵奇异的问题 ,提出对相应参数的调整方法。 展开更多
关键词 结构拓扑优化 应力约束 连续结构 满应力法 分层优化技术
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基于节点变量法的连续体结构拓扑优化设计 被引量:9
4
作者 占金青 杨康 黄志超 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第9期329-332,339,共5页
为避免结构拓扑优化设计中的数值不稳定性及考虑制造因素,提出了一种节点变量的连续体结构拓扑优化设计方法。在指定的子区域内,采用不依赖网格的映射函数表示节点设计变量与节点密度变量的关系,实现最小尺寸约束,以满足加工工艺要求。... 为避免结构拓扑优化设计中的数值不稳定性及考虑制造因素,提出了一种节点变量的连续体结构拓扑优化设计方法。在指定的子区域内,采用不依赖网格的映射函数表示节点设计变量与节点密度变量的关系,实现最小尺寸约束,以满足加工工艺要求。以应变能力最小化为目标函数满足结构刚度要求,以结构体积作为约束,建立最小尺寸约束下的连续体结构拓扑优化模型,将移动近似算法用于拓扑优化问题求解。数值算例结果表明,提出的方法应用于连续体拓扑优化设计中是有效的,能够消除数值不稳定性现象获得清晰的拓扑结果,结构便于制造加工。 展开更多
关键词 连续结构 拓扑优化 节点变量法 映射函数
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基于可靠性的连续体结构拓扑优化设计 被引量:10
5
作者 邝泳聪 欧阳高飞 张宪民 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2009年第4期604-608,共5页
建立水平集函数为设计变量、刚度极小化为目标、具有可靠性约束的连续体结构拓扑优化模型,并提出相应的优化算法。文中提出的基于可靠性的结构拓扑优化算法方法分为两个步骤,结构可靠性分析和结构拓扑优化。可靠性分析采用计算简便、效... 建立水平集函数为设计变量、刚度极小化为目标、具有可靠性约束的连续体结构拓扑优化模型,并提出相应的优化算法。文中提出的基于可靠性的结构拓扑优化算法方法分为两个步骤,结构可靠性分析和结构拓扑优化。可靠性分析采用计算简便、效率高的一次二阶矩法,结构拓扑优化设计则应用稳定高效、最优结构清晰的水平集方法。最后以悬臂梁结构的可靠性拓扑优化为例,表明文中提出的方法既简单又有效。 展开更多
关键词 可靠性分析 拓扑优化 连续结构 一次二阶矩法
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多相材料的连续体结构拓扑优化设计 被引量:3
6
作者 占金青 卢清华 张宪民 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第20期2764-2768,共5页
采用改进的过滤技术进行多相材料的连续体结构拓扑优化设计。以应变能最小化作为目标函数,结构体积作为约束,建立多相材料的连续体结构拓扑优化模型,将移动近似算法用于拓扑优化问题求解,采用改进的过滤求解技术对目标函数灵敏度及单元... 采用改进的过滤技术进行多相材料的连续体结构拓扑优化设计。以应变能最小化作为目标函数,结构体积作为约束,建立多相材料的连续体结构拓扑优化模型,将移动近似算法用于拓扑优化问题求解,采用改进的过滤求解技术对目标函数灵敏度及单元设计变量进行过滤,避免迭代过程中出现数值不稳定现象。数值算例结果表明,采用改进的过滤技术的多相材料连续体结构拓扑优化设计方法是有效的,能够获得清晰的结构拓扑图。 展开更多
关键词 多相材料 连续结构 拓扑优化 改进的过滤技术
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考虑热振特性的连续体结构拓扑优化设计 被引量:2
7
作者 刘远东 莫军 +1 位作者 尹益辉 徐兵 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2016年第17期113-116,共4页
为实现传热和振动条件下连续体结构的拓扑优化设计,以结构散热弱度最小化和动态特征值最大化加权函数为目标,建立传热和振动条件下连续体结构的多目标拓扑优化模型,实现了相应的算法和算例。方法中采用Rational Approximation of Materi... 为实现传热和振动条件下连续体结构的拓扑优化设计,以结构散热弱度最小化和动态特征值最大化加权函数为目标,建立传热和振动条件下连续体结构的多目标拓扑优化模型,实现了相应的算法和算例。方法中采用Rational Approximation of Material Properties(RAMP)方法对密度进行惩罚,利用优化准则法控制设计目标与材料分布,以敏度过滤技术抑制棋盘格效应,通过归一化目标函数有效地避免了不同性质目标函数的量级差异。通过算例,获得了热-振权重系数对结构拓扑构型和目标函数(宏观结构的散热弱度和基频)的影响规律,算例结果表明了该方法的有效性。 展开更多
关键词 连续结构 热-振多目标 拓扑优化 优化准则法
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基于非概率可靠性的连续体结构拓扑优化设计 被引量:1
8
作者 宋宗凤 陈建军 +1 位作者 朱增青 刘国梁 《机械强度》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第6期935-940,共6页
研究区间参数的连续体结构在区间载荷作用下的拓扑优化设计问题。构建区间载荷作用下区间参数连续体结构的拓扑优化设计数学模型,以结构的形状拓扑信息为设计变量,结构总质量均值极小化为目标函数,满足单元区间应力非概率可靠性为约束... 研究区间参数的连续体结构在区间载荷作用下的拓扑优化设计问题。构建区间载荷作用下区间参数连续体结构的拓扑优化设计数学模型,以结构的形状拓扑信息为设计变量,结构总质量均值极小化为目标函数,满足单元区间应力非概率可靠性为约束条件。基于区间因子法,导出应力响应的均值和离差的计算表达式。采用双方向渐进结构优化(bi-directional evolutionary structural optimization,BESO)的求解策略与方法。通过两个算例验证文中模型及求解策略与方法的合理性和方法的有效性。 展开更多
关键词 区间参数连续结构 非概率可靠性 区间因子法 拓扑优化 双方向渐进结构优化
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基于KNN方法的多载荷作用下连续体结构拓扑优化设计 被引量:2
9
作者 李景奎 张义民 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2012年第6期873-876,共4页
将多载荷作用下的连续体结构拓扑优化设计看作为一种对单元样本的模式识别,然后利用模式识别的K邻近(KNN)方法实现连续体结构的拓扑优化设计。具体过程是以设计区域全体单元为样本空间,利用单元在各载荷作用下的应力分量作为单元样本的... 将多载荷作用下的连续体结构拓扑优化设计看作为一种对单元样本的模式识别,然后利用模式识别的K邻近(KNN)方法实现连续体结构的拓扑优化设计。具体过程是以设计区域全体单元为样本空间,利用单元在各载荷作用下的应力分量作为单元样本的特征向量,并以欧氏距离作为识别标准将单元分为两类,最终通过逐步删除低应力贡献度的结构单元来达到结构优化。最后还给出了基于KNN方法的多载荷作用下连续体结构拓扑优化设计示例,结果表明此设计方法是完全正确且可行的。 展开更多
关键词 结构优化 拓扑优化 K邻近 多载荷 连续
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基于K邻近算法的连续体结构拓扑优化设计 被引量:2
10
作者 李景奎 张义民 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2012年第1期5-7,共3页
以平面连续体为研究对象,建立了结构拓扑优化的数学模型,提出了新的结构优化方法。该方法利用K邻近理论进行结构优化的运算,给出了运算公式,定义了删除率以及进化率,并给出了计算实例,得到的结构优化结果与其他结构优化方法运算结果相... 以平面连续体为研究对象,建立了结构拓扑优化的数学模型,提出了新的结构优化方法。该方法利用K邻近理论进行结构优化的运算,给出了运算公式,定义了删除率以及进化率,并给出了计算实例,得到的结构优化结果与其他结构优化方法运算结果相近。结果表明K邻近理论结构优化方法是可行的。 展开更多
关键词 结构优化 拓扑优化 K邻近 连续
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三维连续体结构拓扑优化设计数值技术初探 被引量:1
11
作者 周向阳 范良志 《中国西部科技》 2011年第28期8-11,共4页
本文分析讨论了三维连续体结构拓扑优化模型,给出了典型结构拓扑优化算例,对结果进行了数值分析。重点对两种常用求解算法的快慢进行比较,并追寻其原因,为提高求解效率指明方向。
关键词 拓扑优化 连续结构 三维
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二进制熵函数法的连续体结构拓扑优化设计方法
12
作者 张丽 沈会闯 孙延勇 《机电产品开发与创新》 2008年第2期20-21,66,共3页
信息熵作为信息量的度量,近年来被许多学者引入到结构设计中并收到良好的效果,本文将二进制熵函数应用到连续体结构拓扑优化设计中,把离散变量的拓扑优化模型转化为连续的优化模型,这样即使拓扑变量清晰、独立,又使求解方便、可行。本... 信息熵作为信息量的度量,近年来被许多学者引入到结构设计中并收到良好的效果,本文将二进制熵函数应用到连续体结构拓扑优化设计中,把离散变量的拓扑优化模型转化为连续的优化模型,这样即使拓扑变量清晰、独立,又使求解方便、可行。本文的实例验证了该方法的正确性和有效性。 展开更多
关键词 拓扑优化 均匀化方法 连续结构 二进制熵函数
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基于多性能约束的连续体结构拓扑优化设计 被引量:5
13
作者 占金青 彭怡平 +1 位作者 刘敏 黄志超 《计算机集成制造系统》 EI CSCD 北大核心 2022年第6期1746-1754,共9页
为了满足多性能指标要求,提出一种考虑静强度和疲劳约束的连续体结构拓扑优化设计方法。以带符号的von Mises应力的幅值和均值绝对值之和评定结构静强度,采用修正的Goodman疲劳准则评价结构疲劳强度,将结构静强度和疲劳约束分别转化为... 为了满足多性能指标要求,提出一种考虑静强度和疲劳约束的连续体结构拓扑优化设计方法。以带符号的von Mises应力的幅值和均值绝对值之和评定结构静强度,采用修正的Goodman疲劳准则评价结构疲劳强度,将结构静强度和疲劳约束分别转化为不同的应力约束,再采用P范数对单元应力进行近似最大处理,将局部约束转化全局约束。采用材料属性有理近似模型,以结构体积最小化作为优化目标,建立考虑静强度和疲劳约束的结构拓扑优化模型;采用移动渐近线算法求解基于多性能约束的拓扑优化问题。数值算例结果表明,所提设计方法获得的拓扑结构能够同时满足静强度和疲劳性能要求。 展开更多
关键词 连续结构 拓扑优化 静强度约束 疲劳性能约束 修正的Goodman准则
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连续体结构多工况拓扑优化与轻量化设计研究
14
作者 白红 邢鹏飞 吴孟武 《拖拉机与农用运输车》 2024年第2期76-83,共8页
汽车轻量化能有效地降低燃油消耗并减少污染物排放,是实现汽车节能减排的重要举措之一。拓扑优化是连续体结构轻量化设计的常用方法,由于实际工况通常较复杂,一般连续体结构的拓扑优化属于多工况拓扑优化问题,此时拓扑优化结果存在较多... 汽车轻量化能有效地降低燃油消耗并减少污染物排放,是实现汽车节能减排的重要举措之一。拓扑优化是连续体结构轻量化设计的常用方法,由于实际工况通常较复杂,一般连续体结构的拓扑优化属于多工况拓扑优化问题,此时拓扑优化结果存在较多影响因素。本文引入多工况拓扑优化性能指标PI,通过算例对多工况拓扑优化权重系数的选取方法进行分析,寻找最佳权重系数分配方法,有效的解决了连续体结构多工况拓扑优化权重系数的选取问题。以某重型商用车平衡轴支架为应用对象,开展平衡轴支架多工况拓扑优化与轻量化设计,结果表明在满足性能要求的前提下,平衡轴支架减重了28.1%。 展开更多
关键词 连续结构 拓扑优化 多工况 权重系数 平衡轴支架
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连续体结构的失效-安全拓扑优化设计 被引量:1
15
作者 高涵 徐雷 +1 位作者 胡元昊 牟宗亮 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2023年第8期17-21,共5页
在连续体结构拓扑优化中,优化得到的最终构型可能会缺乏合理的冗余度,一旦出现局部失效情况就会造成结构系统无法正常工作。为了获得具有一定冗余度和可制造性的拓扑结构,提出了一种连续体结构的失效-安全拓扑优化设计方法。以传统拓扑... 在连续体结构拓扑优化中,优化得到的最终构型可能会缺乏合理的冗余度,一旦出现局部失效情况就会造成结构系统无法正常工作。为了获得具有一定冗余度和可制造性的拓扑结构,提出了一种连续体结构的失效-安全拓扑优化设计方法。以传统拓扑优化结果作为参考依据确定局部破损模式,将局部破损模式无缝平铺在设计域上删除无效区域,以应变能最大为目标遍历失效场景确定最危险的局部破损区域,准确模拟最危险的局部破损情况,再进行后续的优化分析以获得具有更多冗余度和传力路径的拓扑优化结构。通过典型算例验证了该方法在受到单个载荷和多个载荷工况时的可行性,可以获得具有适度冗余和可制造性的拓扑结构。 展开更多
关键词 连续结构 拓扑优化 冗余度 可制造性 局部破损模式
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基于传力路径的接骨板结构拓扑优化设计
16
作者 蔡俊 丁晓红 +2 位作者 段朋云 熊敏 张横 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期442-449,共8页
目的 提出一种相对于传统拓扑优化方法能有效降低应力集中,并进一步提高断骨愈合效果的接骨板拓扑优化设计方法。方法 依据接骨板在断骨-接骨板系统中的载荷约束条件,采用改进的基于传力路径的拓扑优化方法对接骨板结构进行优化设计。... 目的 提出一种相对于传统拓扑优化方法能有效降低应力集中,并进一步提高断骨愈合效果的接骨板拓扑优化设计方法。方法 依据接骨板在断骨-接骨板系统中的载荷约束条件,采用改进的基于传力路径的拓扑优化方法对接骨板结构进行优化设计。随后采用基于偏应变的骨再生模拟模型,对胫骨骨干横向骨折情况进行骨再生模拟,依据骨再生过程数据对优化接骨板的受力状态、固定稳定性及愈合性能进行评估。结果 使用基于传力路径优化方法的优化接骨板在体积分数f=0.55、0.65时,接骨板最大应力分别为55.68、42.23 MPa,相较于传统拓扑优化方法优化接骨板分别降低32.96%、29.95%;骨愈合过程后骨痂平均弹性模量分别为1 439.47、1 355.71 MPa,相较于传统接骨板分别提升145.86%、131.06%。结论 提出的改进基于传力路径的拓扑优化方法,可以用于接骨板结构优化设计,优化后接骨板相比传统拓扑优化方法优化接骨板受力更加均匀,使用安全性更高,骨愈合性能相较传统接骨板有明显提升。研究结果为骨折内固定植入物的优化设计提供了一种新思路和方法。 展开更多
关键词 传力路径 接骨板 拓扑优化 结构设计
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基于拓扑优化和正交分析的混合结构机械臂关节法兰设计
17
作者 廖力 孟婥 +1 位作者 张荣涛 孙志军 《东华大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2024年第6期57-64,共8页
为进一步减轻碳纤维复合材料(CFRP)和球墨铸铁(QT)混合结构机械臂的质量,提出基于拓扑优化和正交分析的混合结构机械臂关节法兰轻量化设计方法。创建六自由度工业机器人动力学模型,分析并求解机器人负载50 kg运动过程中关节所受载荷,并... 为进一步减轻碳纤维复合材料(CFRP)和球墨铸铁(QT)混合结构机械臂的质量,提出基于拓扑优化和正交分析的混合结构机械臂关节法兰轻量化设计方法。创建六自由度工业机器人动力学模型,分析并求解机器人负载50 kg运动过程中关节所受载荷,并将最大载荷作为有限元分析的输入载荷。基于分析结果,对混合结构机械臂关节法兰进行拓扑优化,并结合加工工艺和正交分析试验,得到最优关节法兰模型。仿真和试验结果表明,当混合结构机械臂关节法兰周向开槽对数为3、轴向开槽个数为2、开槽为40°圆心角时,关节法兰质量、混合结构机械臂最大变形和最大应力相比优化前减少8.95%、2.46%和3.34%,满足机器人的运动性能要求。 展开更多
关键词 混合结构机械臂 关节法兰 拓扑优化 正交分析 轻量化设计
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基于变密度法的SLM增材制造无人机承载接头结构拓扑优化设计
18
作者 原帅超 王建峰 +2 位作者 段宇航 郝璐静 占小红 《工程科学学报》 EI 北大核心 2025年第1期56-65,共10页
针对某大型无人机机身轻量化需求,以选区激光熔化(Selective laser melting, SLM)制造的承载接头结构为研究对象建立有限元模型,基于ANSYS Workbench计算接头结构在不同极限工况下的强度、刚度性能,并根据材料最大许用应力准则进行校核... 针对某大型无人机机身轻量化需求,以选区激光熔化(Selective laser melting, SLM)制造的承载接头结构为研究对象建立有限元模型,基于ANSYS Workbench计算接头结构在不同极限工况下的强度、刚度性能,并根据材料最大许用应力准则进行校核.采用拓扑优化变密度法,以应力最小化为目标、保留质量40%为响应约束,对接头结构进行拓扑优化,根据优化结果设计两种重构方案并进行静力学验证.结果表明,两种模型重构方案分别减重了13.8%和13.3%,在轻量化程度相近的情况下,方案Ⅱ明显具有更小的应力分布以及变形程度,即最优重构方案成功实现轻量化设计,与原结构件相比质量减轻13.3%,且相较于其他方案承载能力最强,满足静态结构设计要求.为大型无人机承载接头结构实现低成本、轻量化的结构设计探索了新的途径. 展开更多
关键词 拓扑优化 静力学分析 增材制造 轻量化设计 结构设计
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基于拓扑结构的液压阀体轻量化设计
19
作者 杨思远 戴宁 +1 位作者 程筱胜 柏久阳 《机械设计与制造工程》 2024年第11期1-6,共6页
针对传统加工方法进行液压阀体轻量化设计过程复杂、轻量化效果较差等问题,提出一种参数化液压阀体轻量化设计方法。分析液压阀体各个接口功能与流道拓扑关系,提取流道的拓扑结构;根据流道拓扑关系,考虑流道性能约束与体积约束,重新设... 针对传统加工方法进行液压阀体轻量化设计过程复杂、轻量化效果较差等问题,提出一种参数化液压阀体轻量化设计方法。分析液压阀体各个接口功能与流道拓扑关系,提取流道的拓扑结构;根据流道拓扑关系,考虑流道性能约束与体积约束,重新设计流道的布局与结构;使用自支撑截面流道代替传统的圆形截面流道以避免流道内部生成支撑结构;提出变截面流道建模与流道路径优化算法,实现流道自动化设计。对某液压阀体进行轻量化设计实验并进行流体仿真测试,结果表明,轻量化设计方案下的阀体与原阀体相比质量平均减少93.5%,体积平均减少70.8%,压力损失平均减少66.2%。 展开更多
关键词 液压阀 轻量化结构 增材制造 拓扑结构 参数化设计
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基于拓扑优化的3D打印聚乳酸材料的轻量化结构设计
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作者 李倩 顾佳晨 +2 位作者 唐海原 乔海玉 王传洋 《高分子材料科学与工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期76-84,共9页
轻量化结构设计可以在保持性能的同时降低产品质量,对汽车高铁、航空航天等行业实现节能减排具有重要意义。聚乳酸具有可降解、易打印、良好的力学性能等优点,在3D打印领域得到广泛应用。本文中以可降解材料聚乳酸为研究对象,以拓扑优... 轻量化结构设计可以在保持性能的同时降低产品质量,对汽车高铁、航空航天等行业实现节能减排具有重要意义。聚乳酸具有可降解、易打印、良好的力学性能等优点,在3D打印领域得到广泛应用。本文中以可降解材料聚乳酸为研究对象,以拓扑优化作为轻量化结构设计的方法,采用熔融沉积3D打印技术,探究拓扑优化过程中参数(体积分数和惩罚因子)对工件在弯曲载荷下总变形的影响。对不同填充率下拓扑优化前后的工件质量进行对比,并探究了拓扑优化后不同熔融沉积3D打印速度下工件的弯曲性能。结果表明,当体积分数取40%、惩罚因子取3时,拓扑优化后模型最大变形量满足优化目标;3D打印的拓扑优化工件可以实现50%的减重且保持较高的弯曲力,但弯曲模量和变形量略有下降;降低打印速度对拓扑优化后工件的力学性能影响不大。 展开更多
关键词 轻量化结构设计 拓扑优化 3D打印 聚乳酸
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