航空装备结构紧凑空间中集成布局优化设计方法

基本信息
批准号:U1508209
项目类别:联合基金项目
资助金额:210.00
负责人:亢战
学科分类:
依托单位:大连理工大学
批准年份:2015
结题年份:2019
起止时间:2016-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:罗阳军,赵国忠,李明,张晓鹏,王平,王亚光,胡俊,杜卫星,何经杰
关键词:
集成优化优化设计方法紧凑空间水平集拓扑优化
结项摘要

This project is motivated by research background of aeronautical structure layout design incorporating multiple functional components in compact space. Integrated topology optimization of and structural topology and layout of embedded components with specified geometries will be investigated for avoiding limitations of conventional topology optimization approaches. Research work will be conducted on topology description model, optimization formulation, numerical algorithms and experimental verification. Major advances will be made in key scientific problems with theoretical and practical importance, on theories and methods of topology optimization considering engineering feasibility and topology optimization of electromechanical coupling structures. Novel research outcome will be achieved: (1) A structural topology optimization framework based on implicit description of embedded geometries will be established, and effective treatment for distance control constraints of embedded geometrical objects will be developed; (2) Integrated topology optimization problem of the layout of functional components and coupling structure will be proposed and solved. (3) A high-quality mesh tracking method for treating material interfaces during topology optimization of multi-material structures will be developed; (4) Dynamical topology optimization methods for structures incorporating active vibration control elements will be developed. These results will provide theoretical and numerical methods for conceptual design of structures incorporating functional components. The research work will also address some common difficulties arising from topology optimization problems with specific gemometrical constraints, which are hot topics in the field of structural optimization. These result will extend frontier theories and methods of structural and multidisciplinary topology optimization.

本项目面向航空装备结构设计等工程问题提出的紧凑空间中内嵌多个功能组件的结构构型优化设计需求,发展内嵌特定几何形状组件的结构集成布局与拓扑优化方法。通过拓扑描述模型、优化列式、数值算法和试验验证等工作,将在紧凑空间中结构集成布局优化理论和方法具有重要理论和实际意义的若干关键科学问题的研究中取得突破,完成以下创新性成果:(1)建立基于嵌入几何体隐式描述的结构拓扑优化框架,并实现几何体距离控制等约束的有效处理;(2)提出并求解功能组件和耦联结构的协同拓扑优化问题;(3)提出多相材料结构拓扑优化中材料界面的高质量跟踪网格方法;(4)发展集成振动主动控制元件的结构动力学优化方法。研究成果将为集成功能组件的结构概念设计提供拓扑优化的理论和数值方法;同时,为解决结构优化领域备受重视的特定几何约束下的结构拓扑优化中的共性难点问题提供有重要价值的结果,丰富和发展结构与多学科拓扑优化前沿的理论与方法。

项目摘要

本项目按照计划任务书完成了研究内容,实现了项目研究目标。研究工作面向航空装备结构设计等工程问题提出的紧凑空间中内嵌多个功能组件的结构布局优化设计需求,发展了内嵌特定几何形状组件的结构集成布局与拓扑优化方法,在紧凑空间中结构集成布局优化理论和方法的关键科学问题研究中取得了重要进展:建立了基于嵌入几何体隐式描述的结构拓扑优化模型,并实现了几何体距离控制等约束的有效处理;基于多材料界面的高质量跟踪,提出并求解了考虑界面性能的多材料与多组件结构布局设计的拓扑优化问题;发展了集成压电元件的主动振动控制智能结构等特定功能结构与材料的拓扑优化设计方法。. 研究结果在计算力学顶级期刊Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering(6篇)、工程科学顶级期刊International Journal of Engineering Science、计算力学重要期刊International Journal for Numerical Methods in Engineering(3篇,包括封面论文1篇)、结构与多学科优化领域权威期刊Structural and Multidisciplinary Optimization、复合材料结构重要期刊Composite Structures(2篇)等SCI全文收录期刊发表资助号标注论文32篇,其中影响因子大于4的9篇(包括Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 6篇、International Journal of Engineering Science 1篇、Composite Structures 2篇)。. 申请PCT国际专利1项(公布号PCT/US20190179985A1)、国内发明专利2项(公开号CN109829261A和CN109920494A)。“大规模结构拓扑优化软件系统ATOMS”获批软件著作权1项(软著登字4150420号)。. 研究成果为面向航空装备集成功能组件的结构概念设计提供了新的拓扑优化设计方法,为解决结构优化领域备受重视的特定几何约束下的结构拓扑优化中的共性难点问题提供有重要价值的结果,丰富和发展了结构与多学科拓扑优化前沿的理论与方法。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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