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基于面光滑有限元的复杂三维结构拓扑优化
  • ISSN号:1004-132X
  • 期刊名称:中国机械工程
  • 时间:2015.4.10
  • 页码:864-870
  • 分类:TH122[机械工程—机械设计及理论]
  • 作者机构:[1]湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙410082, [2]大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室,大连116023
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(11202074);湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室自主研究课题(51375001);工业装备结构分析国家重点实验室开放基金资助项目(GZ1403)
  • 相关项目:一种高精度四面体单元及在汽车设计中的应用
中文摘要:

为了增强拓扑优化计算对任意复杂模型的适应性,改进基于线性四面体有限元的拓扑优化结果,引入了一种新型高精度的基于面光滑有限元模型(FS-FEM)来进行拓扑优化,通过每次迭代时提供很好的梯度解及位移解,从而达到改善拓扑优化结果的目的。在基于面光滑有限元模型的拓扑优化中,以柔度最小作为目标函数,建立了基于固体各向同性材料惩罚插值(SIMP)的拓扑优化数学模型,该数学模型通过最优准则进行求解。多个不同载荷的拓扑优化数值算例说明,采用基于面光滑有限元进行拓扑优化,结果都能够单调收敛,且采用该方法建立的拓扑优化模型能抑制棋盘格现象。与商业软件OptiStruct的计算比较表明,该方法相比有限元方法能得到更合理的拓扑结构。

英文摘要:

The FS-FEM was proposed recently based on tetrahedral mesh,and showed great prop-erty in solid mechanics,such as providing very good gradient solutions.The topology optimization de-sign of the continuum structures under static load was formulated in the scheme of FS-FEM.As the face-based smoothing domains were the sub-units of assembling stiffness matrix in the discretized sys-tem of smoothed Galerkin weak form,thus the relative density of face-based smoothing domains were served as design variables.In this formulation,the minimization compliance was considered as an ob-j ective function,and the mathematic of the topology optimization model was developed using the solid isotropic material with penalization (SIMP)interpolation scheme.The topology optimization problem was then solved by the optimality criteria method.Finally,the feasibility and efficiency of the pro-posed method were illustrated with several 3D examples that were widely used in the topology optimi-zation design.

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期刊信息
  • 《中国机械工程》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国机械工程学会
  • 主编:董仕节
  • 地址:湖北工业大学772信箱
  • 邮编:430068
  • 邮箱:paper@cmemo.org.cn
  • 电话:027-87646802
  • 国际标准刊号:ISSN:1004-132X
  • 国内统一刊号:ISSN:42-1294/TH
  • 邮发代号:38-10
  • 获奖情况:
  • 1997年获中国科协期刊一等奖,第二届全国优秀科技...,机械行业优秀期刊一等奖,1999年获首届国家期刊奖,2001年获首届湖北十大名刊,中国期刊方阵“双高”期刊,2003第二届国家期刊奖提名奖,百种中国杰出学术期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
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