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利用長期建立的拓?fù)?em>優(yōu)化方法對前者的設(shè)計進(jìn)行了廣泛研究，而后者盡管在航空航天和生物醫(yī)學(xué)等工業(yè)領(lǐng)域廣泛使用，卻鮮有研究案例。 此項提出了一種新的兩步拓?fù)?em>優(yōu)化框架來設(shè)計二維隨機多孔結(jié)構(gòu)。 在第一步中，基于順應(yīng)性最小化（或剛度最大化）進(jìn)行拓?fù)?em>優(yōu)化，以獲得均勻的材料密度分布。在第二步中，開發(fā)了一種新的去均質(zhì)方法，將均質(zhì)材料轉(zhuǎn)化為隨機多孔結(jié)構(gòu)。

功能梯度多孔材料（FGM）通過梯度調(diào)控孔隙率，實現(xiàn)力學(xué)性能的連續(xù)分布，其彈性模量、強度等呈均勻變化。通過建立梯度多孔結(jié)構(gòu)有限元模型，解析梯度參數(shù)對應(yīng)力場及失效機制的影響，突破傳統(tǒng)試驗限制，優(yōu)化設(shè)計。該研究對航空熱防護(hù)及生物醫(yī)用仿生植入體等功能化結(jié)構(gòu)具有重要價值。

隨著計算機的發(fā)展，結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法取得了較大的發(fā)展。根據(jù)設(shè)計變量的類型不同，結(jié)構(gòu)優(yōu)化已由較低層次的尺寸優(yōu)化發(fā)展到較高層次的結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化，進(jìn)而發(fā)展到更高層次的拓?fù)?em>優(yōu)化。優(yōu)化算法也由簡單的準(zhǔn)則法發(fā)展到數(shù)學(xué)規(guī)劃法，進(jìn)而發(fā)展到遺傳算法等。在保證產(chǎn)品達(dá)到某些性能目標(biāo)并滿足一定的約束條件的前提下，通過改變某些允許改變的設(shè)計變量，使產(chǎn)品的指標(biāo)或性能達(dá)到最期望的目標(biāo)，就是優(yōu)化方法。

通過改變支架壁厚，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行輕量化設(shè)計，提高壓鑄件的力學(xué)性能、強度及耐壓性，進(jìn)而合理使用材料，使產(chǎn)品中零件材料能最大限度地再利用，實現(xiàn)減重8.5%，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計的目的。該研究對提高產(chǎn)品設(shè)計效率和優(yōu)化設(shè)計具有重要意義，可進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。參考文獻(xiàn)[1] 初永志，陸振玉，劉昌儒，等．航天產(chǎn)品振動工裝設(shè)計[J]．機電工程技術(shù)，2020,49(3):167-169.

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關(guān)鍵詞：復(fù)合材料機翼結(jié)構(gòu)布置；布置優(yōu)化；加筋壁板優(yōu)化；Hypersizer引言 機翼結(jié)構(gòu)設(shè)計是飛機總體設(shè)計中的重要組成部分，當(dāng) 前大型民用飛機機翼重量約占使用空機重量的 20%~30%。 對于民機而言，飛機結(jié)構(gòu)減重對減小輪檔油耗、降低運營 成本、提升飛機市場競爭力具有重要意義。

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在汽車行業(yè)，從最初的線彈性部件分析到汽車結(jié)構(gòu)中大量的非線性問題分析，到現(xiàn)在汽車疲勞壽命分析、NVH分析、碰撞模擬等，有限元科技CAE應(yīng)用項目幾乎可以涵蓋所有環(huán)節(jié)。今天和大家分享的是：汽車設(shè)計中的結(jié)構(gòu)/材料優(yōu)化分析。結(jié)構(gòu)/材料優(yōu)化優(yōu)化設(shè)計包括尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化、形貌優(yōu)化和拓?fù)?em>優(yōu)化，而表現(xiàn)在汽車設(shè)計中則有輕量化、材料節(jié)能環(huán)保、提高動力性能等。

PART.02 基于AI/ML的結(jié)構(gòu)隔聲量優(yōu)化 在實際的工程項目設(shè)計中，對結(jié)構(gòu)隔聲量有性能要求，同時還要滿足一些外部的約束，例如整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量限制等，因此要求工程師進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化，以滿足產(chǎn)品要求。傳統(tǒng)的優(yōu)化工具一般需要結(jié)合仿真軟件一起使用，在每個優(yōu)化迭代步調(diào)用仿真軟件，求解新參數(shù)下的系統(tǒng)響應(yīng)（這里為隔聲量），所以需要很長時間才能得到優(yōu)化設(shè)計參數(shù)。

Altair Inspire通過：輕量化重構(gòu)：不再局限于材料替換或幾何減薄，而是通過點陣填充、中空薄壁、異形拓?fù)洌瑢崿F(xiàn)材料的高效分布與力學(xué)性能的精準(zhǔn)匹配。增材結(jié)構(gòu)優(yōu)化：Altair Inspire 等工具將制造約束（如支撐結(jié)構(gòu)、懸垂角限制）直接融入優(yōu)化算法，使設(shè)計結(jié)果既滿足性能需求，又符合工藝可行性。

PART.02基于AI/ML的結(jié)構(gòu)隔聲量優(yōu)化在實際的工程項目設(shè)計中，對結(jié)構(gòu)隔聲量有性能要求，同時還要滿足一些外部的約束，例如整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量限制等，因此要求工程師進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化，以滿足產(chǎn)品要求。傳統(tǒng)的優(yōu)化工具一般需要結(jié)合仿真軟件一起使用，在每個優(yōu)化迭代步調(diào)用仿真軟件，求解新參數(shù)下的系統(tǒng)響應(yīng)（這里為隔聲量），所以需要很長時間才能得到優(yōu)化設(shè)計參數(shù)。

3.結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 3.1結(jié)構(gòu)優(yōu)化原理 結(jié)構(gòu)優(yōu)化概念在1988年由Kikuchi首次提出，其優(yōu)化思想是：根據(jù)結(jié)構(gòu)件載荷狀況、限定條件和性能要求，把求解結(jié)構(gòu)的最優(yōu)輕量化問題轉(zhuǎn)變成求解材料的最優(yōu)分布問題，在優(yōu)化設(shè)計空間內(nèi)對材料分布進(jìn)行設(shè)計。通過對踩踏板進(jìn)行結(jié)構(gòu)、材料的優(yōu)化設(shè)計，可以更好地提高汽車實用性，降低溫室氣體排放。

優(yōu)化設(shè)計需要滿足的一組設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)包括設(shè)計和非設(shè)計空間、連接點、材料特性和結(jié)構(gòu)載荷規(guī)范。標(biāo)準(zhǔn)拓?fù)?em>優(yōu)化軟件追求質(zhì)量減輕或剛度增加等優(yōu)化目標(biāo)，但MSC Apex Generative Design在創(chuàng)建最佳輕量化設(shè)計的同時使用了明確定義的最大應(yīng)力目標(biāo)。在優(yōu)化過程中，從設(shè)計空間中刪除不重要的元素，從而在每次迭代中都能得到幾何外形和機械性能良好的幾何形狀。

然而，也不是任何一個設(shè)計者拿來專利都可以優(yōu)化出來一個優(yōu)質(zhì)照相鏡頭的，還必須了解該形式鏡頭的設(shè)計思想，各結(jié)構(gòu)參數(shù)對系統(tǒng)像質(zhì)的貢獻(xiàn)，熟練地掌握系統(tǒng)內(nèi)涵才便于得心應(yīng)手的處理鏡頭優(yōu)化工作。

影響旋銑設(shè)備性能優(yōu)劣的原因有許多，除材料性能、制造工藝、安裝技術(shù)等影響因素外，機械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計也是重要因素之一。

某型飛機復(fù)合材料整流罩優(yōu)化設(shè)計1引言現(xiàn)在航空航天工業(yè)中，減輕設(shè)計重量和縮短設(shè)計周期是2個突出的問題。結(jié)構(gòu)優(yōu)化被證明在這2個方面是非常有效的工具。HyperWorks中的OptiStruct在結(jié)構(gòu)優(yōu)化領(lǐng)域受到了眾多航空企業(yè)的認(rèn)可并大量應(yīng)用。針對金屬結(jié)構(gòu)，通過兩步法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。第一步，通過拓?fù)?em>優(yōu)化方法得到概念設(shè)計；第二步，用參數(shù)優(yōu)化和形狀優(yōu)化方法對設(shè)計細(xì)節(jié)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

考慮活性炭是另一種重要的多孔材料，此處未列入對比。3）原子尺度和系統(tǒng)設(shè)計從各個功能的角度考慮，研究了在原子級設(shè)計新的多孔固體的能力，以及如何將這些設(shè)計方法應(yīng)用于實際的工程系統(tǒng)中。在這些系統(tǒng)中，無論是通過材料還是系統(tǒng)設(shè)計都必須同時優(yōu)化多個特性，同時還要減少不希望出現(xiàn)的特性。

圖4.5 鋁合金前防撞梁系統(tǒng)100%重疊剛性墻低速碰撞的能量 綜上所言，新設(shè)計的鋁合金前防撞梁系統(tǒng)整體剛度要高于原鋼制前防撞梁系統(tǒng)的，并且此鋁合金前防撞梁系統(tǒng)在100%重疊剛性墻低速碰撞仿真分析中表現(xiàn)綜合要優(yōu)于原鋼制前防撞梁系統(tǒng)。因此鋁合金前防撞橫梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化基本達(dá)成目標(biāo)。

孔隙結(jié)構(gòu)在comsol內(nèi)生成球體或立方體結(jié)構(gòu)的多孔材料結(jié)構(gòu)：comsol泡沫結(jié)構(gòu)，泡沫球體顆粒占比80%： 建模方法采用陣列式隨機分布，生成符合規(guī)定比例的隨機孔洞。模型采用CAD隨機孔隙3D插件生成，然后將多孔結(jié)構(gòu)3D模型導(dǎo)入到comsol軟件內(nèi)。

圖4 初始方案模具受力云圖和實際失效模具零件 2 模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 2.1 優(yōu)化方案 為了減小模具所受應(yīng)力，結(jié)合工程經(jīng)驗提出了3種模具結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方案，如圖5所示。