机械工程学报

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国内刊号:11-2187/TH

国际刊号:0577-6686

机械工程学报杂志2020年第7期:兼具吸能和承载特性的梯度结构宏细观跨尺度拓扑优化设计

发布日期:

作者:杜义贤, 尹鹏, 李荣, 田启华, 周祥曼

单位:1. 三峡大学机械与动力学院 宜昌 443002; 2. 水电机械设备设计与维护湖北省重点实验室 宜昌 443002

关键词:拓扑优化,梯度结构,吸能特性,承载特性;

基金:国家自然科学基金资助项目(51775308,51705287,51475265)。

理想的碰撞吸能结构在吸收碰撞能量的同时应具备一定的承载能力,更好地保护人员及设备安全,而现有方法一般仅从宏观或细观单一角度进行碰撞吸能结构设计,不能很好地兼顾吸能和承载需求。构型呈梯度变化的梯度结构具有很好的碰撞吸能特性,故本文利用宏细观一体化设计思想,从宏观结构和单胞构型的两个方面出发,以结构刚度表征承载特性,负泊松比表征吸能特性,提出了兼具吸能和承载特性的梯度结构宏细观跨尺度拓扑优化方法。在宏观尺度,基于功能梯度及聚类分析思想,研究出具有刚度梯度特性的结构宏观区域划分优化方法;在细观尺度,基于能量均匀化理论建立了以结构刚度和负泊松比为目标函数的多目标拓扑优化模型。对优化得到的结构吸能与承载特性进行测试与分析,结果验证了所提出的方法能够有效地应用于防撞结构设计。

来源:2020年第7期

《机械工程学报》期刊编辑部

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