《精密微小結構表面拓撲形貌最佳化設計理論研究》是依託河海大學，由朱燈林擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：精密微小結構表面拓撲形貌最佳化設計理論研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：朱燈林
- 依託單位：河海大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
柔性且運動速度和精度要求都很高的微小結構廣泛套用於各種精密微操作。如硬碟驅動器中，驅動臂帶動磁頭在磁軌間作高速高精度的尋道運動，其動力學特性對尋道精度有著重要的影響。本項目旨在針對微小結構件的工作特點，從改變結構表面拓撲形貌入手來改善結構的靜、動態特性。重點研究微小結構表面拓撲形貌最佳化設計的基本理論與方法，採用等幾何分析技術作為工具對結構表面加筋的生成、生長、分叉和融合等遷移進化規律進行研究，構建微小結構表面的加筋形狀、尺寸、空間布置等表面拓撲形貌最佳化設計的建模和最佳化的方法，實現基於結構靜、動態性能的結構表面拓撲形貌的智慧型化設計，並綜合考慮結構設計健壯性問題，解決在高速高精度微小結構表面拓撲形貌設計的難題，為高性能微小構件的最佳化設計提供一個新的方法。
結題摘要
精密柔性結構廣泛套用於各種精密微操作。本項目從改變結構表面拓撲形貌入手來改善結構的靜、動態特性，研究微小結構表面拓撲形貌最佳化設計的基本理論與方法，構建結構表面的加筋形狀、尺寸、空間布置等表面形貌設計的最佳化方法，解決高速高精度微小結構表面拓撲形貌設計難題。主要研究內容和成果如下： 1、研究等幾何分析方法（IGA）套用於結構計算的相關基礎理論和技術方法。（1）對控制頂點數量、位置、邊界條件處理、單元數量、h-細分方法和p-細分方法、NURBS格線階數和疏密程度等對計算精度和收斂性的影響進行細緻研究;研究了計算過程中格線實時調整和細化的技術和方法。（2）IGA建模、實體單元/板殼單元、單元細分等程式的編制和調試，建立了相關程式庫。 2、建立了等厚度RM殼單元等幾何分析方法，推導了坐標系統構造、位移插補模型等；針對二維平面形狀最佳化問題，以控制頂點為設計變數，推導了靈敏度表達式和基於GeoPDEs平台的靈敏度實現方法；針對在複雜邊界表示上的困難，將有限元胞法引入到等幾何結構最佳化中，分別採用Heaside函式和Dirac函式來計算虛擬域剛度矩陣，實現了複雜結構計算域的結構形狀表達，建立了基於有限元胞法IGA最佳化方法；提出了基於控制頂點移動的結構表面形貌最佳化設計模型，建立了基於實體單元和殼單元的模型的表達、約束、目標函式靈敏度進行分析研究,構建結構表面拓撲形貌最佳化設計模型和最佳化方法。對典型結構進行最佳化，得到了良好的結構表面形貌。該方法收斂速度快、最佳化過程穩定。（3）開展了計算機仿真和增材製造快速驗證。通過將基於IGA的計算結果直接輸入CAD系統，並通過增材製造方法製造出模型，進行了最佳化設計方案的快速驗證。 已發表論文8篇，其中sci/ei檢索6篇，申請發明專利2項，項目負責人2014年以第四完成人獲江蘇省科技三等獎1項。
