多体系统的结构拓扑优化
2017年期刊文章
©2016作者柔性多体动力学（FMD）在机械系统的控制、分析和设计中发现了许多应用。FMD和结构优化理论可用于设计具有更轻但更坚固物体的多体系统。静态结构的拓扑优化是结构力学中一个活跃的研究课题。然而，由于人们不得不面对严重的数值困难，对动态情况的扩展研究较少。本文研究了一种将静态结构拓扑优化扩展到具有大转动和过渡运动的动态柔性多体系统拓扑优化的方法。可以对所有柔性体同时进行优化。优化的模拟部分基于有限元方法和模态简化。Assimulo（Andersson et al.in Math.Comput.Simul.116（0）：26-432015）使用封装在Python环境中的误差控制积分器IDA（Sundials）求解得到的非线性微分代数系统。为了避免优化算法的数值不稳定性和收敛失败，提出了一种基于惩罚（SIMP）方法的固体各向同性材料修正公式。灵敏度分析是结构优化的核心。为了避免昂贵的计算，对灵敏度进行了近似。所提供的示例表明，该方法确实适用于广泛的多体系统优化。结构拓扑优化中的标准SIMP方法建议对刚度进行惩罚。为了克服动态情况下的不稳定性和网格畸变问题，我们在这里还考虑了单元质量惩罚。