单搭接胶接接头的拓扑优化
增材制造拓扑优化分块与连接处理
增材制造拓扑优化分块与连接处理1. 引言1.1 研究背景在过去的研究中，针对增材制造中的拓扑优化问题，研究者们通常将整个设计空间看作一个整体进行优化。
这种方法虽然可以得到较好的结果，但在面对大型复杂结构时存在计算量大、收敛速度慢等问题。
对于分块和连接处理的研究变得尤为重要。
通过对分块和连接处理进行深入研究，可以有效减少计算量，提高设计效率，同时还能提高零部件的性能和稳定性。
本文旨在探讨增材制造中的拓扑优化分块与连接处理方法，为解决增材制造中的设计和制造难题提供新思路和方法。
【研究背景】部分介绍完毕。
1.2 研究意义增材制造技术是一种先进的制造方法，可以在不同的材料上直接进行材料堆积，从而实现快速制造复杂形状的零部件。
随着增材制造技术的快速发展，拓扑优化分块与连接处理成为研究的热点之一。
在增材制造过程中，零部件往往需要通过分块处理和连接处理的方法来优化设计，以提高零部件的性能和减少制造过程中的失误。
研究拓扑优化分块与连接处理的意义在于可以帮助优化设计零部件的结构，在保证材料利用率的同时提高零部件的强度和稳定性。
通过合理的分块处理和连接处理，可以减少零部件制造过程中出现的缺陷和失效，提高零部件的可靠性和耐久性。
拓扑优化分块与连接处理还可以帮助设计师更好地理解和应用增材制造技术，推动增材制造技术在各个领域的应用和发展。
对拓扑优化分块与连接处理的研究具有重要的意义，可以为增材制造技术的进一步发展提供重要支持和指导。
通过深入研究拓扑优化分块与连接处理的原理和方法，可以更好地应用增材制造技术，推动制造业向数字化、智能化、高效化的方向迈进。
【2000字】.1.3 研究目的增材制造技术在制造业中的应用越来越广泛，但是在实际应用中仍然存在一些挑战，如制造效率低、材料利用率不高、零件质量不稳定等问题。
本文旨在通过对增材制造拓扑优化分块与连接处理的研究，提高增材制造技术的效率和质量，降低制造成本，推动增材制造技术的发展和应用。
拓扑优化zuoye
关于拓扑优化1. 基本概念拓扑优化是结构优化的一种，结构优化可分为尺寸优化、形状优化、形貌优化和拓扑优化。
拓扑优化以材料分布为优化对象，通过拓扑优化，可以在均匀分布材料的设计空间中找到最佳的分布方案。
拓扑优化相对于尺寸优化和形状优化，具有更多的设计自由度，能够获得更大的设计空间，是结构优化最具发展前景的一个方面。
2. 发展起源拓扑优化的研究历史是从桁架结构开始的。
Maxwell 在1854年首次进行了应力约束下最小桁架的基本拓扑分析。
1904年Michell用解析分析的方法研究了应力约束、一个载荷作用下的结构，得到最优桁架缩影满足的条件，后称为Michell准则，并将符合Michell 准则的桁架称为Michell桁架，也称最小重量桁架，这是结构拓扑优化设计理论研究的一个里程碑。
但是，Michell提出的桁架理论只能用于单工况并依赖于选择适当的应变场，并不能用于工程实际。
直到1964年，Dom、Gomory、Greenberg等人提出基结构法，进一步将数值理论引入该领域，此后拓扑优化的研究重新活跃起来了。
所谓的基结构就是一个由众多构件联结而成的、包括所有载荷作用点、支撑点在内的结构。
Michell桁架理论在近几十年得到了重要的进展。
Cox证明了Michell的桁架同时也是最小柔度设计。
Hegemier等将Michell准则推广到刚度、动力参数约束，以及非线性弹性等情况。
Hemp纠正了其中的一些错误。
Rozvany对MIchell桁架的唯一性和杆件的正交性进行了讨论，对Michell准则做了进一步的修正。
现在，已经建立了多工况以及应力和位移组合约束情况的优化准则。
Dobbs和Fetton使用最速下降法求解多工况应力约束下桁架结构的拓扑优化。
Shen和Schmidt采用分枝定界法求解在应力和位移两类约束下桁架结构在多工况作用下的最优拓扑。
王光远等提出了结构拓扑优化的两相法。
Kirsch针对离散结构的拓扑优化问题提出了一种两阶段算法。
焊接接头的设计和优化
焊接接头的设计和优化焊接接头是工程中常见的连接方式之一，它能够将两个或多个金属部件牢固地连接在一起。
焊接接头设计的好坏直接影响着结构的强度和稳定性。
本文将探讨焊接接头的设计原则以及如何优化焊接接头的性能。
一、焊接接头的设计原则1. 强度和稳定性：焊接接头的设计首要考虑的是接头的强度和稳定性。
在选择焊接方式和焊接材料时，需要根据连接部件的材质和工作环境来确定。
同时，焊接接头的尺寸和形状也应该合理，以确保接头能够承受预期的载荷，并且能够保持稳定的连接状态。
2. 焊接工艺：焊接接头的设计还需要考虑焊接工艺。
不同的焊接方式和焊接材料对焊接接头的性能有着不同的影响。
例如，电弧焊接适用于连接较厚的金属部件，而激光焊接适用于连接较薄的金属部件。
在设计时，需要根据具体情况选择合适的焊接工艺，以确保焊接接头的质量。
3. 焊接强度：焊接接头的强度是焊接接头设计中的重要指标。
焊接强度受到焊接材料、焊接工艺和焊接接头形状的影响。
在设计焊接接头时，应该选择合适的焊接材料，并且根据焊接接头的受力情况来确定焊接接头的形状和尺寸，以提高焊接接头的强度。
二、焊接接头的优化1. 材料选择：焊接接头的材料选择对接头的性能有着重要影响。
在选择焊接材料时，需要考虑材料的强度、耐腐蚀性、可焊性等因素。
通常情况下，焊接材料应与被连接的金属部件具有相似的化学成分和力学性能，以确保焊接接头的强度和稳定性。
2. 焊接工艺优化：焊接工艺对焊接接头的质量和性能有着重要影响。
在焊接接头的设计中，应该优化焊接工艺，以提高焊接接头的质量和强度。
例如，可以通过调整焊接电流、焊接速度和焊接时间等参数，来控制焊接接头的熔深和熔宽，从而提高焊接接头的强度和稳定性。
3. 结构优化：焊接接头的结构也可以进行优化，以提高接头的性能。
例如，可以通过改变接头的形状和尺寸，来减小焊接接头的应力集中程度，从而提高接头的强度和稳定性。
此外，还可以通过增加焊接接头的支撑结构，来提高接头的承载能力。
优化铆接接头设计以提高结构强度与耐久性
优化铆接接头设计以提高结构强度与耐久性铆接是一种常见的连接技术，广泛应用于各种结构中，如航空航天、汽车、建筑等领域。
铆接接头的设计对于结构的强度和耐久性至关重要。
本文将探讨如何优化铆接接头设计，以提高结构的强度和耐久性。
首先，合理选择铆接接头的材料是优化设计的关键。
铆接接头通常由两个或多个金属板材通过铆钉连接而成。
在选择材料时，需要考虑两个方面：一是铆钉的材料，二是被铆接板材的材料。
铆钉的材料应具有较高的强度和耐腐蚀性，以确保接头的可靠性。
被铆接板材的材料应与铆钉材料相匹配，避免因材料不匹配而引起的腐蚀和脆性断裂等问题。
其次，合理选择铆接接头的结构形式也是优化设计的关键。
常见的铆接接头结构形式包括单钉铆接、双钉铆接和多钉铆接等。
在选择结构形式时，需要根据结构的受力情况和耐久性要求进行综合考虑。
对于受力较大的结构，可以选择双钉或多钉铆接，以增加接头的强度。
对于耐久性要求较高的结构，可以选择增加钉孔数量或采用特殊的铆接接头结构，以提高接头的抗疲劳性能。
此外，合理确定铆接接头的尺寸和布置也是优化设计的关键。
铆接接头的尺寸应根据结构的受力情况和材料的特性进行合理确定。
对于受力较大的结构，应适当增加铆钉的直径和长度，以增加接头的强度。
对于材料薄的结构，应适当减小铆钉的直径和长度，以避免因过大的铆钉尺寸而引起的破坏。
此外，铆接接头的布置也应根据结构的受力情况和材料的特性进行合理布置，以确保接头的受力均匀和强度充分利用。
另外，合理选择铆接接头的工艺参数也是优化设计的关键。
铆接接头的工艺参数包括铆钉的压入力、压入速度、压入深度等。
这些参数直接影响接头的强度和耐久性。
在选择工艺参数时，需要根据铆接材料的特性和接头的要求进行合理选择。
例如，对于强度要求较高的接头，应适当增加铆钉的压入力和压入深度，以确保接头的强度。
对于耐久性要求较高的接头，应适当控制铆钉的压入速度，以避免因过快的压入速度而引起的接头损伤。
综上所述，优化铆接接头设计以提高结构强度和耐久性需要从材料选择、结构形式、尺寸布置和工艺参数等方面进行综合考虑。
9-拓扑优化方法PPT课件
➢ 按某种优化策略和准则从这若干个子设计区域中删除 某些单元，用保留下来的单元描述结构的最优拓扑。
16
四、拓扑优化方法分类
从其物理模型的描述方法上一般分为 ➢ 基结构法(The Ground Structural Method) ➢ 均匀化方法(The Homogenization Method) ➢ 渐 进 结 构 优 化 方 法 (The Evolutionary Structural
x fi u pu g xu i 0 i=1,2, ,n
由此可构造如下的迭代公式
x(k1) i
c(k)xi(k)
i=1,2,
,n
其中c(k)＝－1－ p
f u
ugxui
为小于1的因子
xi
7
x fi u pu g xu i 0 i=1,2, ,n
x fi u pu g xu i
i=1,2, ,n
对于由n个杆件组成的桁架结构，其满应力条件为
Fi Ai
i
i1,2,
,n
由此可构造如下的迭代公式
(k)
A(k1) i
i
A(k) i
i1,2,
,n
i
6
2. 基于K－T条件的准则法 对于结构优化设计问题：
m in f(X ) X R n
s .t.g u ( X ) 0u 1 ,2 ,,p
极值点X*应满足的Kuhn－Tucker条件
结构优化与材料优化
第一节 概述 第二节 结构优化设计的准则法 第三节 结构的拓扑优化方法 第四节 功能材料优化设计 第五节 柔性机构优化设计 第六节 结构多学科设计优化
拓扑优化简介拓扑优化设计流程算例
if enB max(min , en m) if max(min , en m) enB min(1, en m)
if enB min(1, en m)
xnew = max(0.001,max(x-move,min(1.,min(x+move,x.*sqrt(-dc./lmid)))))
1
nely+2
纵向
e
e
nely+1
2(nely+1)
2 1
8 7
4 3
局部
6 5
(1)
(4)
e
(2)
(3)
整体
KU F (有限元基本方程)
U ——各节点位移矩阵
建立优化模型
目标函数(min& max)
约束函数
设计变量
(x) (e )p
min
C UTF
n
( e ) pueT koue
》top(60,20,0.5,3,3)
在Matlab中运行程序行 top(60,20,0.5,3,3)
迭代次数：10
15
30
69
>imagesc
悬臂梁
左端固支
右端中间作用垂直载荷 p 1
F(2*nelx*(nely+1)+nely+2,1) = -1 fixeddofs = [1:2*(nely+1)] >top(80,50,0.5,3,3)
迭代次数：5
10
29
P1 P2
拓扑优化简介 拓扑优化设计流程 算例
目的：结构轻量化设计
拓扑优化：在给定的设计域 ，约束和载荷条件下， 确定结构构件的连接方式，结构内有无空洞、空洞 数量及位置等拓扑形式。
单搭接胶接接头应力分布研究
关键 词 ： 单搭 接 接 头 ； 力分 布 ： 力 集 中 应 应
．
Ｓ ｕ ｙ ｏ ｔ ｅｓＤｉｔｉ ｕ ｉｎ ｏ ｈ ｓｖ ｌ ｏ ｄ ｄ Ｓ ｎ ｌ ａ ｏｎ ｓ ｔ ｄ ｎ Ｓ ｒ ｓ ｓｒｂ ｔ ｆＡｄ ｅ ｉｅｙ Ｂ ｎ ｅ ｉ ｇｅ Ｌ ｐ Ｊ ｉ ｔ ｏ
定 的代表性 。整个接头所选 用的单元类型（ ｌｍ ｎ ｐ ） Ｅｅ ｅｔｙ ｅ为８ ｔ
节点四边形单元 Ｐ Ａ Ｅ ８ 。由于分析侧重 的是胶层中的应力 Ｌ Ｎ １３ 分布 ， 以在胶层 中网格尺寸设置为００ 而被粘 物的网格 所 ． ｍｍ， ４ 密度 就相对小些 ， 边长设置为０ ｍ。 为划分后 的有限元网 ．ｍ 图２ ５
ｉ ｇ Ｓ ｕ ｈ Ｃ ｉ ａＵｎ ｖ ｒ ｉ ｆ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｇｕ ｎ ｚ ｏ ６ ０ Ｇｕ ｎ ｄ ｎ ； ． ｏ ｌｇ ｆ ｃ ａ ｉ ａ ｎ — ｎ ， ｏ ｔ ｈ ｎ ｉ ｅ ｓ ｙｏ ｃ ｎ ｌ ｇ ， ａ ｇ ｈ ｕ ５ ０ ４ ， ａ ｇ ｏ ｇ ３ Ｃ ｌ ｅｏ ｈ ｎ ｃ ｌａ ｄ Ｍａ ｔ Ｔ １ ｅ Ｍｅ
ｃ ｎ ｒ ｔ ｎ Ｔ ｅｂ ｇ ｅ ｅｓ ｅ ｓ ｓ ｔ ｅｍｏ ｅｓ Ｎ ｕ ｅｓｒ ｓ ｏ ｃ ｎ ａｉｎ ｉ． ｅ ｔ ｉ ． ｈ ｉｇ ｒ ｈ ｔ ｓ ， ｒ ｅ ｏ ｓ ｈ ｅ ｓｃ ｎ ｅ ｔ ｔ ａｏ ｔ ｒ ｉ ｈ ｔ ｔ ｒ ｏ ｓ
Ｋｅ ｗ ｒ ｓ ｌ ｉｔ ｓ ｅｓ ｉｒ ｕｉ ；ｔ ｓ ｃｎｅｔ ｔｎ ｙ ｏｄ ：ａ ｊ ｎｓ ｔ ｓ ｄ ｔｂ ｔｎ ｓｅｓ ｏ ｃｎ ａ ｏ ｐ ｏ ； ｒ ｓｉ ｏ ｒ ｒｉ ｄ ｉ ０ ９ ９ ．ｓ． ０— ５４２ １． ．８ ｏ １． ６ ￣ｉ ｎ１ ６ ８ ５ ． ２０ ０ １ ： ３ ｓ ０ ０ ６
拓扑优化_精品文档
们可以通过限制子集的等级或是扩展设计集来获得一个适当的模式。对于柔度，均
匀的多尺度层状微结构组成了一个扩展的设计空间，同时也意味着整数约束 松弛
为连续约束。
2.2 解决灰色尺度：差值模式
由于整数模型的计算求解非常困难，通常采用变量连续化方法，将0
将p取的足够大（根据经验可取p≥3），这将会导致黑白（即0-1）设计问题。
式（9）优化设计问题是一种标准的连续变量的尺寸优化问题，并且 是在一个固定域定义的。所以前一节提到的方法也可以应用到该问题上。
人们也提出了多种以上问题的替代形式，都是基于同样的原来，即可
以在0-1之间差值或是根据材料特性，在弱材料 0 和强材料 1
这不仅意味着需要处理大量的设计变量，而且也影响到有限元分析的计算成本。 些为了得到高精度的设计，运用模拟退火法、遗传算法、或是确定性方法计算成本 都是很高的，而且这些方法只适用于相对较小的规模，或是些特定的设计问题，如 最小柔顺性问题。
在式（2）的连续性问题假设中可以看出，寻求结构拓扑的基本思想是通过寻找
该问题可以表示为在输入端有一个外力作用下输出端的最大位移。为了满足 几何最优和结构最优的假定，输出端用到了弹簧刚度系数为kout的线性弹簧。刚 度越大，则输出位移越小，输出载荷越大；相反，弹簧刚度越小，则输出位移越 大，输出载荷越小。同时为了模拟输入端的激励，我们基于弹簧刚度系数为kin的 线性弹簧，输入载荷为fin来建立线性应变模式,
水平集方法
基本思路是引入一个水平集函数 x,t，然后采用如下的方式对
结构的拓扑形式加以描述：
x,t 0 x,t 0 x,t 0
x
x t
焊接工艺的焊接接头的焊接接头结构优化
焊接工艺的焊接接头的焊接接头结构优化焊接工艺在现代工程中具有广泛应用，而焊接接头结构优化是提高焊接质量和效率的关键。
本文将针对焊接接头的结构进行探讨和优化，以期达到更好的焊接效果。
一、引言焊接接头是指焊缝连接所产生的部位，其质量直接影响到焊接工艺的可靠性和强度。
因此，对焊接接头的结构进行优化是提高焊接工艺质量的关键。
二、焊接接头结构分析在进行焊接接头结构优化之前，首先需要对不同类型的焊接接头进行分析和了解。
常见的焊接接头类型包括角焊缝接头、对接焊缝接头、搭接焊缝接头等。
每种焊接接头都有其特定的结构特点和应用领域。
1. 角焊缝接头：角焊缝接头由两个材料以一定角度相交而成，其结构形式一般为“V”型或“X”型。
优化角焊缝接头的结构可以通过减小角度、增大焊缝宽度等方式来提高焊接质量。
2. 对接焊缝接头：对接焊缝接头是指两个材料直接相贴焊接，通常为直角连接。
对接焊缝接头的结构优化可以考虑改变焊缝的形状和宽度，提高焊接接触面积和强度。
3. 搭接焊缝接头：搭接焊缝接头是指将两个材料重叠焊接，其结构形式一般为“T”型或“L”型。
搭接焊缝接头的结构优化可通过调整焊接高度和宽度，增加结构的刚性和稳定性。
三、焊接接头结构优化方法针对不同类型的焊接接头，可以采用不同的结构优化方法来提高焊接质量和强度。
1. 焊缝形状优化：通过调整焊接工艺参数，可以改变焊缝的形状，如增加焊缝的宽度、减小焊缝的角度等，从而提高焊接接头的强度和质量。
2. 材料选择优化：选择适合的焊接材料可以对焊接接头的结构进行优化。
根据焊接接头的工作环境和要求，选择具有较高强度和耐腐蚀性能的材料，以提高焊接接头的可靠性和耐久性。
3. 焊接工艺参数优化：合理调整焊接工艺参数，如焊接电流、焊接速度、预热温度等，可以达到最佳的焊接效果。
通过优化焊接工艺参数，可以提高焊接接头的强度和质量。
四、结论通过对焊接接头的结构优化，可以提高焊接工艺的质量和效率。
采用合适的焊接接头结构，结合优化的焊接工艺参数和材料选择，可以达到最佳的焊接效果。
2008年《粘接》1—12期总目次
高固含量低黏度耐 蒸煮复膜胶 的合成研究 ……… （ ５一ｌ ） ７ 单搭接胶接接 头胶层 的拓扑优化 ………………… （ ２ ） ５— １
高 固含 量 水 基 热 熔 胶 的研 制 … … …… … … … … … （ ２ ） ５— ４ 涂附磨具专用胶粘剂的研制 ……………… ……… （ ２ ） ５— ７ 硅 胶 一 烯 酸 酯 杂 化 细 乳 液 性 能 结构 研 究 丙
一
环氧灌封胶的制备与性能 …………………… …… （ —３ ） １ ８
微米级无溶剂型 Ｐ Ａ ／ Ｓ Ｖ ｃＰ Ｆ核 壳乳液 的制备 ……… （ ２—１ ）
粉 状 酚 醛 树 脂 胶 粘 剂 的 制 备 与 应 用技 术 … … … … … （ ５ ２— ）
………… （ ６一１ ）
种非异氰酸酯聚氨酯的合成与表征 ……………… （ ６ ６— ）
低 浓度 聚 丙 烯 酰 胺胶 液 生 产 工 艺探 讨 … … … … … （ ２ ） ７— ７
（ ３—１ ）
核 壳型水乳性纸 塑复合胶粘 剂的研 制 ……………… （ ５ ３— ）
环氧树脂／ 有机 蒙脱 土胶 粘剂的制备及 耐蚀性研究
… … … … … … … … … … … … … … … … … … … …
… … … … … … … … … … … … … … … … … … … …
醋酸 乙烯酯乳液黏度 的影响研 究 ………
… … … … … … … … … … … … …
（ —１ ） １ Ｏ
（ ５—１ ）
使 用反 应 性 乳 化 剂 的 乳 液 压 敏 胶 研 制 及 性 能研 究 … … … …
硅 橡 胶 与 钛 合 金 粘接 工 艺研 究 …… … … … … … … （ ３ ） ２— ３
同轴单搭接胶接接头应力分布的探讨
Ｆ＝３ ｋＮ
Ｅ三
ｆ 轱单捂接Ｉ接接头 ｉ ｝ 交 ’
。 —一■ ： 层 。 —２＝ ／ ０ 胶． ２
Ｌ——————一
前 人 的研究 表 明 ， 搭 接 胶 接 接 头 的形 式 对 接 单 头 的力 学性 能 有着 重 大 的影 响¨ Ｊ 这些 研 究 的 主 ， 要思 想是 通过 改变胶 接接 头 的 刚度分 布来 改善 被 粘
物和胶 层 的 承 载 状 况 。Ａ ｔ ｉ 将 搭 接 区域 予 以 ｎｏ ｏ等 ｎ 预变形 （ 始形状 为 Ｓ形 ） 降低 了胶 层 中剪 切 应 力 初 ， 和剥离 应力 的峰 值 ， 使 峰 值 出现 的位 置转 移 到 搭 并 接 区 域 中部 ， 而 使 Ｓ形 单 搭 接胶 接 接 头 的承 载 能 从
给 出 了要 分 析 的 ２种 模 型 ， 于偏 轴 单 搭接 胶 接 接 对 头 而 言 ， 偏心距 离 ｅ ｔ ／／ 其 ＝（ ＋ｒ ２＝ＩＩｍｍ， 于 同 ） ． 对
轴 单搭 接胶 接接 头而 言 ， 偏心距 离 为零 。 其
卜 一 ３．— — Ｉ — ７５ — ． 。 卜 — — ２— — — —一 — — 一 ５— — — 三 ＝＝ ＝ ＝ ＝ ＝ ＝ ： ＝ ＝ ＝＝＝ 三 ＿ ＝ ＝ ＝ ＿＝ ／胶层０ ． ２
维普资讯
孙德新 ：同轴 单搭接 胶接接 头应力分 布的探讨
第２ ９卷第 ７期
同轴 单 搭 接胶 接 接 头应 力 分布 的探 讨
孙 德 新
（ 湖北省输变 电工程公 司 ， 湖北 武汉 ４０ ６ ） ３ ０ ３
单向复合材料单搭接粘结节点的破坏预测及增强
在 复合 材料 本体 和 粘结 界 面上 破坏 的方 法 。该 方法
采用 了粘 结 剂和 分层 破 坏判 断 的一个 完 全 弹塑 性模 型 ， 用 有 限元 方 法 和 本 文 方 法 进 行 破 坏 预 测 。预 采 测 结果 显 示 ： 破坏 模 式 和强 度 都 与 各 种 粘 结 方 法 和 参 数 下进 行 的节 点模 型试 验 结果 吻合 很 好 。基 于数 值 分析 ， 立最 佳 节 点强度 条 件 ， 提 出一 种新 的提 建 并 高 节点 强 度 的方 法 。验 证 结果 表 明 ： 方 法 可 显 著 该 提 高节 点强 度 。 关 键词 ： 合材 料粘 结 节点 ； 坏 预测 ； 结破 坏 ； 复 破 粘 单
关 键 词 ： 能分 级材 料 ； 功 混合 修正 规 则 ； 自由振 动 ； 试
验 ； 限 元 ； ｉｚｇ理 论 有 Ｚｇ ａ
单 向复 合 材 料 单 搭 接 粘 结 节 点 的 破 坏 预 测 及 增 强
Ｃｅ ｉ Ａｔ ｎ ｕ ａ ｍａｎ ｓｍ ａｓ ａ ｄ Ｏｎ ｒＳ ｙ
搭接
分 吻合 ， 而基 于性 能 估 计 的混 合 线 性 规 则 导 致 结 果
的误 差较 高 。讨 论 了层 数对 理 论 模 型 精 度 的 影 响 。 预测 结果 的精 确 性证 明 了两个 体 系 中分层 制 造 时混
合修 正规 则 中应力 一 变 传递 系 数 值是 准 确 可 信 的 ， 应
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔｈｉ ｐ ｒ ｅ ｓ ａｎ ｏｖ ａｌ ｖｉ ｉ ｐ ｃ ｅ— ｓｒ ｃ ： ｓ ｐ ｅｒ ｐ ｅｓ ｎｔ ｅｒ ｌ ｅｗ ｏｎ ｍ ａ ｔｒ ａ
Ｆ ｌ ｅ Ｐｒ ｄｉｔｏｎ ａ ｄ Ｓｔ ｅｎ ｔ ｍ ｐｒ ａｉ ｕｒ ｅ ｃ ｉ ｎ ｒ ｇ ｈ Ｉ ｏｖｅｍ ｅｎ ｔ
结构设计知识：结构设计中搭接结构的优化设计
结构设计知识：结构设计中搭接结构的优化设计结构设计中搭接结构的优化设计搭接结构是常见于建筑结构中的一种连接方式，它将两个结构体通过搭接连接起来，形成一个整体的结构体系。
在实际的结构设计中，搭接结构的设计和施工一直是一个比较重要的环节，它关系到结构体系的整体稳定性和结构寿命等方面。
因此，在结构设计中的搭接结构的优化设计问题显得尤为重要。
搭接结构的优化设计主要是指对搭接材料的选用、搭接形式的确定、搭接板的连通方式及数量等进行分析优化，以达到建筑结构更加优化的目的。
因此，下面将从搭接材料、搭接结构形式、搭接板的连通方式及数量等方面进行详细的探讨。
搭接材料的选用在搭接结构的设计中，搭接材料的选用是至关重要的一环，它关系到整个结构的受力情况和稳定性。
通常情况下，钢材和木材是搭接结构的常用材料，因为它们具有较高的强度和韧性。
在选择搭接材料时，需要考虑到结构的受力情况和所处环境的适应性，同时还需要考虑到材料的可行性和经济性。
如在海滨地区，选用不锈钢材料或镀锌钢材料可以有效地防止海水的侵蚀，从而增加结构的使用寿命；在在高温的环境下，选用具有耐高温性能的材料也是十分必要的，如选用钨钼合金材料等。
搭接结构形式的确定在搭接结构中，搭接结构形式的确定也是十分重要的。
目前常见的搭接结构形式有榫卯搭接、板榫搭接、扣板搭接等。
在不同的工程情况下，选用不同的搭接结构形式可以更好地满足工程的需要。
榫卯搭接是一种传统的搭接结构形式，它主要靠卯榫的力学原理完成连接。
榫卯搭接的优势在于连接稳定，缺点是不适用于连接较长的材料。
板榫搭接是指在木材的凸榫和凹槽之间使用钢板等金属材料进行连接。
板榫搭接的优势在于连接强度高，且适用于多种材料的连接，但是因为材料的变形和温度的变化等因素，会对连接强度产生一定程度的影响。
扣板搭接是指在搭接板上预留扣槽，通过锁扣的方式完成连接。
扣板搭接的优势在于施工简便，且不易受材料变形等因素影响，但是因为连接面积较小，连接强度较低。
通过接头连接的双相材料结构拓扑优化研究
TECHNOLOGY AND INFORMATION138 科学与信息化2023年5月下通过接头连接的双相材料结构拓扑优化研究缪雨菡1 张宇1 郭旭21. 中国核动力研究设计院 四川 成都 610213；2. 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室 辽宁 大连 116024摘 要 出于结构的可制造性考虑，以提高双相材料结构的强度、稳定性和耐久性等性能为目标，本文利用拓扑优化方法研究了通过接头连接的双相材料结构。
在显式拓扑框架下添加了“接头”作为优化的基础构件，构造了双相材料的材料属性插值模型，建立了可同时优化材料属性和结构布局的拓扑优化模型。
通过对双相材料结构进行优化设计，实现在保证结构强度的同时减轻结构重量、降低材料成本等目的，为实际工程应用提供一定的理论和技术支持。
关键词 可移动变形组件法；拓扑优化；多材料；接头；可制造性Topology Optimization Study of Biphasic Material Structure Connected by Joints Miao Yu-han 1, Zhang Yu 1, Guo Xu 21. Nuclear Power Institute of China, Chengdu 610213, Sichuan Province, China;2. State Key Laboratory of Structural Analysis for Industrial Equipment, Dalian University of Technology, Dalian 116024, Liaoning Province, ChinaAbstract For the consideration of the structural manufacturability, and aiming to improve the strength, stability and durability of the biphasic material structure, this paper uses the topology optimization method to study the biphasic material structure connected by joints. Under the explicit topology framework, “joint” is added as the basic component of optimization, to construct the material attribute interpolation model of the biphasic material, and establish the topology optimization model that can optimize both the material attributes and structural layout. Through the optimization design of the biphasic material structure, the purpose of reducing the weight of the structure and reducing the material cost while ensuring the strength of the structure is achieved, providing certain theoretical and technical support for practical engineering application.Key words moving morphable component; topology optimization; multi-material; joint; manufacturability引言双相材料结构是由两种材料构成的复合材料结构，具有独特的力学和物理性能。
拓扑优化简介
拓扑优化什么是拓扑优化？拓扑优化是指形状优化，有时也称为外型优化。
拓扑优化的目标是寻找承受单载荷或多载荷的物体的最佳材料分配方案。
这种方案在拓扑优化中表现为“最大刚度”设计.与传统的优化设计不同的是，拓扑优化不需要给出参数和优化变量的定义。
目标函数、状态变量和设计变量（参见“优化设计"一章）都是预定义好的.用户只需要给出结构的参数（材料特性、模型、载荷等)和要省去的材料百分比。
拓扑优化的目标——目标函数——是在满足结构的约束（V）情况下减少结构的变形能。
减小结构的变形能相当于提高结构的刚度。
这个技术通过使用设计变量（i）给每个有限元的单元赋予内部伪密度来实现。
这些伪密度用PLNSOL，TOPO命令来绘出。
例如，给定V=60表示在给定载荷并满足最大刚度准则要求的情况下省去60%的材料.图2—1表示满足约束和载荷要求的拓扑优化结果。
图2—1a表示载荷和边界条件，图2—2b表示以密度云图形式绘制的拓扑结果。
图2—1 体积减少60％的拓扑优化示例如何做拓扑优化拓扑优化包括如下主要步骤:1．定义拓扑优化问题.2．选择单元类型。
3．指定要优化和不优化的区域.4．定义和控制载荷工况。
5．定义和控制优化过程.6．查看结果.拓扑优化的细节在下面给出。
关于批处理方式和图形菜单方式不同的做法也同样提及.定义拓扑优化问题定义拓扑优化问题同定义其他线性，弹性结构问题做法一样。
用户需要定义材料特性（杨氏模量和泊松比）,选择合适的单元类型生成有限元模型，施加载荷和边界条件做单载荷步或多载荷步分析.参见“ANSYS Analysis Procedures Guides”第一、二章.选择单元类型拓扑优化功能可以使用二维平面单元,三维块单元和壳单元.要使用这个功能,模型中只能有下列单元类型：二维实体单元：SOLID2和SOLID82三维实体单元：SOLID92和SOLID95壳单元：SHELL93二维单元用于平面应力问题。
359-树脂基复合材料单搭接胶接有限元模拟
树脂基复合材料单搭接胶接有限元模拟祁发强，严科飞，张鹏飞，王锴，张泽茹（中国航天科工集团第六研究院，内蒙古红岗机械有限公司，010010）摘要：采用有限元方法以及试验的方法分析了有无垫板，垫板长度以及搭接长度对胶接试样胶接区域应力分布的影响。
结果表明：有无垫板，垫板长度以及搭接长度对胶接试样搭接区域内的应力分布影响非常明显，并且随着垫板长度的增加以及搭接长度的增加，搭接区域内的应力的分布趋于均匀化，且粘接区域两端应力集中现象有所减小，其粘接强度也随之增大。
关键词：有限元试验胶接垫板粘接强度引言胶接结构由于其具有零件数目少、重量轻、连接效率高，抗疲劳、密封、减振及绝缘性良好等特点，在航空航天领域取得了广泛的应用，成为重要的连接结构形式之一。
胶接结构的强度研究也一直是关注的焦点之一，在实际工程应用中，其强度除取决于被粘物和胶黏剂自身的力学特性外，还受到被粘物、胶层及搭接尺寸的影响。
研究这些因素对胶接接头强度的影响规律，对选择材料、优化接头设计都有重要意义。
宋冬利[1]研究了接头形式对胶接强度的影响，得到了不同接头形式下的应力分布情况，李刚[2]等研究了钢板和铝合金板胶接接头的应力集中情况，曹平心[3]通过分析，给出了单搭接接头承载能力与搭接长度的关系曲线，郭霞[4]等利用有限元软件模拟了搭接长度对复合材料单搭接胶接接头的影响。
本文采用有限元的方法，分析了有无垫板，垫板长度以及搭接长度等几何尺寸对胶接结构粘接区域部位应力分布的影响，为合理设计接头提供依据。
这与胶接结构件的使用寿命、耐久性、安全性等问题密切相关。
1 有限元分析1.1 模型尺寸本文采用有限元建模分析单搭接模型在拉伸载荷作用下的应力分布。
参照ASTMDl002—0l standa—Test Method for Apparent Shear Strength of Sinde-Lap-J0int Adhesively Bonded Metal Specimens by Tension Loading(Metal—to-Metal)和GBT 7124—2008胶黏剂拉伸剪切强度的测定(刚性材料对刚性材料)，本文选择试件的几何尺寸如图1及图2所示：图1 未添加垫板试样示意图图2 添加垫板试样示意图试样板厚度为3mm，粘接剂厚度为0.5mm；1图1及图2中各尺寸如表1：表1 试样尺寸项目长度(mm)试样板长度L1 100垫板长度L2 50/70/82.5试样宽度H 25夹持长度C 37.5搭接长度D 10/12.5/151.2边界条件根据实际拉伸试验，对于未添加垫板试样，固定夹持端限制其全部位移，而荷载施加端在夹持时，由于试样两端与试验机夹具不在同一平面内，造成了在夹具夹紧时，会迫使荷载施加端跟随夹具一起靠向试验机夹具中面并最终于另一端处于同一平面内，所以荷载施加端存在初始的Y方向位移A，位移量大小为试样板厚度与粘接剂厚度之和，本文中，该位移为3.5mm。
单搭接结构胶接头连接效率的影响因素分析
单搭接结构胶接头连接效率的影响因素分析陈涛;曾俊伟;段利斌;李卓【摘要】对单搭接结构胶接头进行拉伸试验,同时建立其有限元模型进行仿真,对单搭接结构胶接头连接效率的影响因素、接头两端刚度的差异对接头连接效率的影响进行分析.结果表明:对于钢材与铝材之间的结构胶连接,随着母材材料屈服强度的增大,接头连接效率不断提高,但当母材屈服强度增加到一定值后,接头连接效率反而呈现下降的趋势;与钢材相比,接头连接效率对铝材屈服强度更为敏感.接头连接效率也随接头几何尺寸(母材厚度、接头搭接长度和搭接宽度)的增加而提高.而对于两端刚度不同的结构胶连接,接头连接效率随着其两端刚度差异的加大而降低,因此为提高接头的连接效率,应尽量选用屈服极限相近的母材.【期刊名称】《汽车工程》【年(卷),期】2016(038)008【总页数】8页(P1030-1036,1024)【关键词】结构胶接头;单搭接;连接效率;刚度差异【作者】陈涛;曾俊伟;段利斌;李卓【作者单位】湖南大学,汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙410082;汽车噪声振动和安全技术国家重点实验室,重庆400039;湖南大学,汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙410082;湖南大学,汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙410082;湖南大学,汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙410082【正文语种】中文随着汽车轻量化技术的发展，车身所用材料呈现出多样化的趋势，由于异种材料之间的物理、化学和力学性能方面存在较大差异，因此多材料轻量化车身对连接技术提出了新的挑战，从而使异种材料之间的连接技术成为研究的热点。
由于异种材料采用传统连接技术连接时具有很明显的缺点，如传统点焊连接由于技术瓶颈和成本的原因，无法广泛应用于异种材料的连接；而铆接和螺栓连接则在连接处有显著的应力集中[1-2]。
结构胶连接作为一种新型连接技术，具有良好的异种材料连接性能，且有利于车身轻量化、提高车辆的碰撞性能和增加车身结构的刚度、强度和耐久性，同时结构胶连接技术也解决了传统连接技术可能产生的应力集中和疲劳强度差等问题[3]。
暖通空调胶接结构搭接接头承载力优化研究李强
暖通空调胶接结构搭接接头承载力优化研究李强发布时间：2022-03-14T14:25:33.979Z 来源：《中国科技信息》2021年11月下作者：李强[导读] 胶接结构是运用胶接技术将金属、玻璃、木材、塑料和复合材料等材料连接在一起。
江苏镇江建设集团有限公司李强江苏省镇江市 212000摘要：胶接结构是运用胶接技术将金属、玻璃、木材、塑料和复合材料等材料连接在一起，通过胶粘剂和被连接件的化学反应或物理凝固来起到连接作用。
胶接结构作为暖通空调接头的复合材料，破坏点容易发生在连接部位，因此复合材料的连接结构对整体功能有着重大影响。
对于传统的焊接结构，由于高温会使连接件产生热效应，不易实现流水作业或大面积连接；铆接结构需要有连接孔去连接，减少材料的有效受力面积，降低接头承载力。
关键词：暖通空调；胶接结构；搭接接头1试验部分1.1试验原料单组分湿固化聚氨酯（PU）胶粘剂、去除剂、活化剂、底涂剂，香港汉高乐泰（中国）有限公司；铝合金试件，自制。
1.2试验仪器CMT4104GD型电子万能试验机、CMT4104型拉伸试验机，美特斯工业系统（中国）有限公司。
1.3试验制备首先清洁铝合金试板并静置10min以上，再用活化剂对其活化并静置10min以上，然后处理底涂剂并静置30min；之后进行施胶胶接，并在15~30℃、30%~70%RH条件下固化时间7d。
1.4测定或表征（1）剪切强度：按照GB/T7124—2008标准，对0.5、1.0、2.2和3.8mm胶层厚度试样进行测定（速率为6mm/min）。
（2）拉伸失效强度：通过拉伸试验机对胶样进行测定，测定温度为40和70℃。
2结果与讨论2.1搭接宽度或长度对胶接件承载力的干扰由于胶粘剂在剪切载荷作用下强度很高，因此受剪切应力作用的搭接接头的可行性强。
当剪切载荷突然作用于搭接接头时，不管胶接界面处受到哪个方向的剪切应力，搭接接头尤其是胶粘剂都需要拥有足够的弹性来吸收此冲击能，以抵御外应力对自身的破坏性。
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摘
要： 在有限元方法的基础上 ， 用变密度 法对 单搭 接胶 接接 头搭接 区域的被粘物形 状进行 了拓 利
扑优化 ， 通过 曲线拟舍得到 了较 为合理的轮廓 。拓 扑优 化的 结果表 明： 在体 积减 少 ２ ％的情 况下 。 ０ 胶接 结构的强度 不会 降低 ； 经拓扑优化后 ， 胶层 中剪切 应力的峰 值比优化 以前增加 不大， １ 约 ％。
层 中的单 元 尺 寸 为 ０ ２ ． ５ｍｍ ×０ ０ ． ５ｍｍ， 图 １ 如
处理 平面 问题 的拓扑 优化 已趋 于成熟 －ｊ ６。 本文采 用变 密度 法对单 搭 接胶接 接 头进行 拓
扑优 化 。变 密度 法 的基本思 想 是引入 一 种假想 的 密度 可变材 料 ， 对结 构 中 每个 有 限单 元 赋予 内部 伪 密度 （ ｓｕ ｏ—ｄｎ ｉ ） 然 后 通 过 内 部伪 密 度 ｐｅｄ ｅｓｙ ， ｔ 来确 定 目标 函数 。 当单 元 密 度 ≈ ０时 ， 示 该 表
关键词 ： 环氧胶 ； 单搭接接 头； 拓扑优化； 有限元 法； 变密度法
中 圈分 类 号 ： Ｇ４ Ｔ ９ 文献 标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ５３ ７ （０ ６ ０ —０ ６０ １ ０ —１４ ２ ０ ） １ １—４ ０
在兼 顾结 构 强 度 和结 构 自重 的情 况 下 ， 层 胶 中有 间隙 的胶接技 术作 为一 种新 的连接 方式受 到
了关 注［ ｌ 而在 胶接 接 头 中 ， 卜３。然 由于 被粘 物 的 质 量要 比胶 粘剂 的质量 大得 多 ， 以 ， 所 从保持 胶 接
标 函数是 在满 足 结 构 的 约 束 （ 积 约 束 ）情 况 下 体
减小 结构 的 变形能 。减 小结构 的变形 能相 当于 提
高结 构 的刚 度［， 。 选择 变形 能 作 为 目标 函数 ， 个 有 限 单元 的 每 密度 ｆ 为设 计变 量 ， 变 密度 法拓 扑 优化 的模 作 则
（０ ３ ０ ） ２ ０ Ｚ ０１
的几 何 尺寸及 接 头 的约 束 情 况 、 载情 况 （ ＝３ 加 Ｆ
ｋ 见 图 ２ 模 型所 需 的被 粘物 和胶 粘剂 的材料 参 Ｎ） ， 数参 照 表 ｌ 。
衰 １ 有 隈元 模 型 采 用 的 材 料 参 数
＊ ＊通 讯 联 系 人 。
维普０５Ｔ：Ｉ 性ＣＮ＋１）～ ，６２ＳＭ Ｃ ＨＡ ，１６９ ２— Ｌ（ｌｌ Ｉ ＡＯＲ ０２ ６ ＥＳ Ｅ
单搭 接 胶 接 接 头 的拓 扑优 化 ＊
孙德 新 ， 游 敏一 ， 李 智
（ 三峡大学机械与材料学院 ， 湖北 宜昌 ４ ３ ０ ） ４ ０ ２
圈 １ 被 粘物 和腔 层 的 网格 划 分 情 况
维普资讯
第 １ 期
孙德 新 ， ． 等 单搭接胶接接头的拓扑优化
・ ７ １ ・
５ ％时的 最佳 材 料 分 布 。对 于棋 盘 格 式 （ 盘 格 Ｏ 棋
式是 指结 构优 化过 程 中单 元材 质密度 周期 性 高低
分布 的一 种现 象 ， 图 ３所 示 ） 由于加工 困难 ， 如 ， 成 本太高， 同时 不 适 合 实 际 应 用 Ｊ本 文将 不 予 以 ， 考虑 。
型 为
ｒ ｒ
结 构 刚度不 变 、 减轻 胶 接结构 自重的角 度看 ， 必 有 要 对 被粘物 的几 何形状 进行 相应 的拓 扑优化 。另
一
方面， 胶接 接 头 的设 计 在一 定 程 度 上 还 处 于 经
验设计 状态 ＿ ， 而有 必 要 就 接 头 的理 想 形状 进 ４因 Ｊ 行探 讨 。
示 ；２ 因 只有 单元 类 型 为 Ｔ Ｅ＝１的部位 才 可 （） ＹＰ 以进 行拓 扑优 化 ， 将 搭 接 区域 的被 粘 物 的 单 元 故 类 型 设 定为 Ｔ Ｅ：ｌ 进行 优 化 ， 它 Ｔ Ｅ：２ ＹＰ ， 其 ＹＰ 的 区域 不进行 优化 ， 如图 ２所 示 ；３ 被粘 物 、 层 （） 胶
ｍｎｒ ｒ， Ｊ７Ｘ ｄ ｉＩ Ｚ ｄ ｓＩ７ ）ｎ≤ Ｍａ ＪＦ ｔｎ（ ’
式中 ： Ｆ 为节点载 荷 ； Ｚ 为节点 位移 ； 为载荷 边 ｒ
拓扑优 化是 指 对结 构 的形 状 进 行优 化 ， 目 其 标是 寻求 结构 对 材 料 的 最 佳利 用 ， 到 最 佳材 料 得 分配方 案 ， 减 轻 结 构 质 量 或 提 高 结 构 性 能 ＿】 以 ５。
目前 ， 均匀 化法 、 变厚 度法 和变 密度 法等方 法对 于
界条 件 ； 为设 计 材 料 区域 ； ｎ Ｍｎ 为质 量 约 束 边
界 【Ｉ ５。
１ 单 搭 接 接 头 拓 扑 优 化 的 有 限 元模 型
根据 Ａ ＹＳ帮 助 文 件 的 有 关 说 明 ＿ ， 以 ＮＳ ７ 对 Ｊ 下 细 节进行 定 义 ： １ 单元 类型 选 取 Ｐ ＡＮ ８ ， （） Ｌ Ｅ ２ 且 被 粘 物 中 的单 元 尺 寸 为 ０ ２ ×０ ２ ． ５ｍｍ ．５ｍｍ， 胶
单元 无材 料 ， 元应 删 除 ； 单 当单 元 密 度 ≈ ｌ时 ， 表 示 该单 元有 材 料 ， 留该 单 元 。优 化 时 以材 料 保 密度 为设计 变 量 ， 使结 构 拓扑 优 化 问 题 转换 为材 料 的最优 分布 问题 。变 密度法 拓 扑优化 设计 的 目
收 稹 日期 ：０ ５—１ — １ ２０ ０ ９ 作 者简 介 ： 德 新 （９ ｌ一） 男 ， 东 济 南 人 ， 士 研 究 孙 １８ ， 山 硕 生， 主要 从 事 连 接 接 头 强 度 计 算 与 数 值 模 拟 等 方 面 的 研 究工作 。 ＊基 金 项 目： 北 省 教 育 厅 科 研 计 划 重 大 项 目 湖