針對結構拓撲優(yōu)化技術在工程應用過程中的工藝約束引入問題,在基本變密度法的基礎上,面向制造工藝約束引入了可擴展的約束因子,并通過特征匹配技術將制造工藝約束和約束因子鏈接,進而對可變密度結構拓撲優(yōu)化方法進行面向應用的改進。該方法首先通過特征建模技術將各類制造工藝約束形成可檢索的制造特征,利用特征匹配技術尋找符合設計要求的制造特征,并根據(jù)優(yōu)選的制造特征初始化約束因子和單元偽密度。然后通過約束因子對設計變量的控制作用,結合材料屬性的合理近似模型,利用優(yōu)化準則法和獨立網(wǎng)格過濾技術,完成結構設計域的優(yōu)化。給出了約束因子的擴展模型、帶約束因子變密度法的改進數(shù)學模型以及帶約束因子變密度優(yōu)化設計的求解過程和應用流程圖,并用MATLAB程序實現(xiàn)該算法。通過一個算例計算給出了求解運算和數(shù)據(jù)分析結果,驗證了該方法求解的可行性與有效性。 

【文章來源】：計算機集成制造系統(tǒng). 2017,23(03)北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

通孔及籠特征示章圖

第３期邱福生等：基于工藝約束特征的三維結構拓撲優(yōu)化技術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含制造工藝約束的三維拓撲優(yōu)化技術對傳統(tǒng)變密度法的改進為在拓撲優(yōu)化核心算法中引入制造工藝約束開辟了相對獨立的連接變量ｘｎｅｗｅ，其應用流程如圖５所示。經(jīng)過圖５中①～④步以后，制造工藝約束滿足參加拓撲優(yōu)化計算的所有條件，其參加的三維拓撲優(yōu)化流程如圖６所示，圖中帶陰影部分為引入約束因子需要適當變換的環(huán)節(jié)。注意在②步離散過程中的單元形式必須與拓撲優(yōu)化主體模型一致，若不一致，則必須在第③步中進行轉換。３模型驗證與實例三維拓撲優(yōu)化技術已經(jīng)有相對成熟的商業(yè)軟件，可以通過設計者手工引入預設類型的設計約束，但有局限性［２１－２２］。本文以文獻［２３］的拓撲優(yōu)化代碼為基礎，通過簡單的修

第３期邱福生等：基于工藝約束特征的三維結構拓撲優(yōu)化技術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含制造工藝約束的三維拓撲優(yōu)化技術對傳統(tǒng)變密度法的改進為在拓撲優(yōu)化核心算法中引入制造工藝約束開辟了相對獨立的連接變量ｘｎｅｗｅ，其應用流程如圖５所示。經(jīng)過圖５中①～④步以后，制造工藝約束滿足參加拓撲優(yōu)化計算的所有條件，其參加的三維拓撲優(yōu)化流程如圖６所示，圖中帶陰影部分為引入約束因子需要適當變換的環(huán)節(jié)。注意在②步離散過程中的單元形式必須與拓撲優(yōu)化主體模型一致，若不一致，則必須在第③步中進行轉換。３模型驗證與實例三維拓撲優(yōu)化技術已經(jīng)有相對成熟的商業(yè)軟件，可以通過設計者手工引入預設類型的設計約束，但有局限性［２１－２２］。本文以文獻［２３］的拓撲優(yōu)化代碼為基礎，通過簡單的修

【參考文獻】：
期刊論文
[1]結構拓撲優(yōu)化中變量連接算法研究與軟件實現(xiàn)[J]. 陳峰,陳飆松,周大為,張盛.  計算力學學報. 2016(02)
[2]基于人工制造約束的三維拓撲優(yōu)化設計方法[J]. 邱亞玲,伊海洋,王維,伍建川.  機械設計與制造. 2015(01)
[3]基于制造工藝約束的懸架控制臂拓撲優(yōu)化[J]. 時培成,周永,高立新.  機械設計. 2013(10)
[4]基于制造工藝約束的數(shù)控插齒機中床身拓撲優(yōu)化設計[J]. 杜義賢,付君健,田啟華.  工程設計學報. 2011(05)
[5]三維機翼翼盒的結構拓撲優(yōu)化設計[J]. 邱福生,裴穎,孫聰,劉書田.  計算機集成制造系統(tǒng). 2010(11)
[6]面向制造的連續(xù)體結構拓撲優(yōu)化設計方法研究[J]. 王明強,李治多.  中國機械工程. 2010(05)

博士論文
[1]連續(xù)體結構拓撲優(yōu)化理論與應用研究[D]. 左孔天.華中科技大學 2004

碩士論文
[1]面向可制造性的連續(xù)體結構拓撲優(yōu)化方法研究[D]. 熊煒.華中科技大學 2013



本文編號：3011299