变形模型的拓扑约束识别

基于移动可变形孔洞方法的超弹性结构拓扑优化薛日野; 杜宗亮; 郭旭【期刊名称】《《计算力学学报》》【年(卷),期】2019(036)004【总页数】7页(P441-447)【关键词】拓扑优化; 移动可变形孔洞; B样条曲线; 超弹性结构【作者】薛日野; 杜宗亮; 郭旭【作者单位】大连理工大学工程力学系工业装备结构分析国家重点实验室国际计算力学研究中心大连116024【正文语种】中文【中图分类】O343; O2241 引言近年来，柔性电子器件和软材料已广泛应用于可穿戴器件、柔性机器人和微/纳米自组装结构[1-4]，并受到了广泛关注。

不同于传统结构，这些结构通常由超弹性材料构成，并且在服役过程中会产生较大的变形。

现有柔性结构的设计主要依靠试错的方法进行，既耗费时间也浪费材料，只有极少的工作从拓扑优化角度研究了此类结构的系统性设计[5]。

拓扑优化是一种根据荷载和约束条件，在给定的设计域内对材料分布进行设计以达到优化某些性能指标的方法[6-9]。

该方法已成功地应用于许多领域(如力学[10]、热学[11]、电磁学[12]和光学系统[13])，以进行结构的创新型设计。

值得注意的是，大多数的拓扑优化研究都是在隐式拓扑优化框架下(如基于像素点的优化方法[9,14]和基于水平集函数的优化方法[15,16])进行的，设计变量非常多，且得到的优化设计结果通常需要后处理才可以导入CAD/CAE系统。

另外，以往的拓扑优化研究工作大都假设结构处于线弹性小变形阶段，而实际柔性结构在服役过程中的力学行为兼具材料非线性和几何非线性。

因此，非常有必要发展考虑超弹性结构的显式拓扑优化方法。

近来，研究者[17-21]提出了一种基于移动可变形组件/孔洞(MMC/MMV)的显式拓扑优化方法。

其基本思想是将可以显式描述的组件/孔洞作为结构的基元，通过其移动、变形、交叉和重叠来得到结构的最优拓扑。

该方法的主要优点有,(1) 很大程度上减少了设计变量个数；(2) 对考虑几何特征和对边界响应敏感的结构优化设计问题具有天然优势；(3) 优化设计结果可与CAD/CAE系统进行无缝连接等。

CATIA软件模型拓扑优化CATIA软件是一款广泛应用于计算机辅助设计与制造领域的三维建模软件。

而在设计过程中，模型的拓扑优化是一个重要的环节，可以通过优化设计来提升产品的性能和减少材料的使用。

本文将介绍CATIA软件中的模型拓扑优化的基本概念和使用方法。

一、模型拓扑优化的概念模型拓扑优化是指在满足设计要求的前提下，通过调整设计的构型和几何形状，以达到最佳性能和材料使用的目的。

拓扑优化的主要目标是实现产品的结构轻量化，减少材料的浪费和成本。

CATIA软件中的拓扑优化功能可以帮助设计师自动调整模型的构型和形状，找到最佳的设计方案。

二、CATIA软件中的模型拓扑优化功能CATIA软件中的模型拓扑优化功能基于有限元分析方法，通过迭代计算和优化算法，自动生成符合设计要求的最佳构型。

使用CATIA软件进行模型拓扑优化的主要步骤包括：定义设计目标和约束条件、设置优化算法和参数、执行优化计算以及评估结果等。

1. 定义设计目标和约束条件在进行模型拓扑优化之前，需要明确设计的目标和约束条件。

设计目标可以是最小化结构的重量、最大化结构的刚度或者最小化结构的应力等。

约束条件可以包括材料的强度、最大位移限制以及设计空间的约束等。

根据具体的设计要求，可以在CATIA软件中设置相应的目标函数和约束条件。

2. 设置优化算法和参数CATIA软件提供了多种优化算法供设计师选择，例如基于密度的拓扑优化、基于形状的拓扑优化和基于拓扑优化的拓扑优化等。

优化算法的选择和参数的设置会影响到最终的优化结果。

设计师可以根据自己的经验和需求，在CATIA软件中进行相应的设置。

3. 执行优化计算设置好优化算法和参数之后，可以执行CATIA软件中的模型拓扑优化计算。

CATIA软件会根据设计目标和约束条件，自动生成符合要求的最优设计方案。

优化计算的时间长度取决于模型的复杂程度和计算机的性能等因素。

在计算过程中，设计师可以随时查看和调整优化的中间结果。

CAD软件中的复杂模型拓扑处理技巧在CAD软件中创建复杂的模型是一项具有挑战性的任务，尤其是在处理拓扑时。

拓扑是指描述几何对象之间关系的方式，包括连接、约束和边界。

在处理复杂模型的拓扑时，我们需要一些技巧来保持模型的准确性和稳定性。

以下是一些CAD软件中处理复杂模型拓扑的技巧：1. 合理使用布尔运算：布尔运算是处理CAD模型最常用的工具之一。

通过使用布尔运算，我们可以将不同的几何对象组合在一起，切割、合并或求交。

在进行布尔运算时，需要记住几个注意事项。

首先，确保对象之间有足够的重叠，以避免形成无效几何体。

其次，使用合适的布尔运算操作，例如合并、切割或求交，以达到想要的拓扑效果。

2. 消除重叠几何体：在处理复杂模型时，常常会遇到几何体重叠的情况。

这可能导致模型拓扑的混乱和不稳定。

为了消除重叠几何体，我们可以使用CAD软件中的修剪和延长工具。

修剪工具可以帮助我们删除重叠的几何体，而延长工具可以将几何体延长到相交处，从而消除重叠。

3. 使用剖面命令：剖面命令是处理复杂模型拓扑的有力工具。

通过选择特定的剖面平面，我们可以在模型中创建一个切片，并查看和编辑其内部结构。

剖面命令可以帮助我们更好地理解模型的拓扑，并进行必要的修改。

4. 借助曲线工具：复杂模型中的曲线通常需要特殊的拓扑处理。

CAD软件提供了各种曲线工具，如样条曲线、NURBS曲线和多段线。

通过合理使用这些曲线工具，我们可以创建平滑的曲线，同时保持模型的拓扑稳定。

5. 避免构建不稳定几何体：不稳定几何体可能会导致模型的崩溃或形状变形。

为了避免构建不稳定几何体，我们应该在CAD软件中使用适当的约束和连接工具。

通过添加适当的约束和连接关系，我们可以确保模型的稳定性和准确性。

6. 清理无用几何体：在处理复杂模型的拓扑时，经常会遇到大量的无用几何体。

这些无用几何体会占用计算资源，并导致操作速度变慢。

为了保持模型的性能，我们应该定期清理无用几何体。

CAD软件通常提供了清理无用几何体的功能，通过运行该功能，我们可以快速清理模型中的无用几何体。

如何在Blender中制作精确的模型面片拓扑Blender是一款功能强大的3D建模软件，许多人使用它来创建各种精确的3D模型。

在Blender中制作精确的模型面片拓扑是一个关键的技能，可以确保模型的准确性和可编辑性。

本文将向您介绍使用Blender制作精确模型面片拓扑的一些建议和技巧。

1. 使用网格工具：Blender提供了一系列强大的网格工具，可以帮助您创建和编辑模型的拓扑。

其中一个常用的工具是“插入面”，它可以在模型上创建新的面片。

您可以通过选择合适的边缘和面片，并使用“插入面”工具来添加新的几何形状。

2. 使用削减工具：削减工具是Blender中的一个非常有用的工具，可以帮助您在模型上快速添加或移除面片，以达到精确的拓扑。

您可以选择一个面片，然后使用削减工具从选择的边缘上划出新的拓扑。

3. 使用修整工具：修整工具是一种可以帮助您调整模型的拓扑的工具。

通过选择需要调整的面片和顶点，并使用修整工具来重新分配面片的位置和边缘的连接方式，从而精确地调整模型的面片拓扑。

4. 使用混合工具：混合工具可以帮助您将不同的面片或几何体进行合并或混合。

通过选择需要混合的面片或几何体，并使用混合工具来创建新的面片或几何体，从而实现更精确的拓扑。

5. 使用镜像工具：镜像工具可以帮助您在模型的一侧创建对称的面片拓扑。

通过选择模型的一侧，并使用镜像工具来复制和镜像选定的面片，从而实现对称的面片拓扑。

6. 使用辅助线：辅助线是一种简单但非常有用的工具，可以帮助您在面片拓扑中保持准确性和对称性。

通过绘制辅助线，并将其用作模型的参考，您可以更好地控制面片拓扑的形状和方向。

7. 使用约束：约束可以帮助您在模型制作过程中保持精确的面片拓扑。

通过将约束应用于特定的面片或边缘，您可以防止它们在编辑过程中移动或变形，从而保持模型的准确性。

在Blender中制作精确的模型面片拓扑确实需要一些练习和经验。

但通过熟悉和运用这些技巧和工具，您将能够创建出令人满意的精确模型。

高等数学中的拓扑优化方法及应用拓扑学是一门和几何密切相关的数学分支，它研究的是空间形状和空间变化的本质特征。

在现代科学和工程领域中，拓扑学已经成为了一种重要的分析和优化工具。

在高等数学中，拓扑优化方法被广泛应用于各种实际问题的求解中，本文将介绍拓扑优化方法及其在实际问题中的应用。

一、拓扑优化方法的基本原理拓扑优化方法是建立在数学拓扑学基础上的。

其核心思想是通过对结构与形状的分析和优化，使得结构在满足约束条件的前提下达到最优。

通过调整物体内部的材料结构物理性质，从而改变物体的外形和性能，这种方法称为拓扑优化方法。

基本步骤：1、表示优化部件的有限元网格，将优化部件离散化为有限元网格。

2、将网格中的单元分为设计区域和非设计区域，其中设计区域用于优化。

3、引入设计变量，对设计区域进行编码以表示设计变量，每一个编码均对应了一种设计组合。

4、使用拓扑优化算法对每个设计组合进行优化，找到最优解。

5、生成CAD，最终生成优化后的效果。

二、拓扑优化方法在实际问题中的应用1、高速火车的运动稳定性高速火车行驶时，其稳定性非常重要。

工程师需要考虑高速火车的动力性能和空气动力学力学条件，以确保火车在高速行驶时保持稳定。

在实际工程中，拓扑优化方法被广泛应用于高速火车的稳定性问题的研究中。

通过优化车体的形状和密度分布，可以优化火车的运动稳定性。

2、结构优化在机械、航空航天、建筑等领域中，优化结构是必不可少的一步。

通过拓扑优化方法可以优化各种结构的形状和材料分布，从而使结构在满足约束条件的前提下达到最优。

例如在航空航天中，通过对飞机的翼型进行优化，可以使得飞机的升力系数达到最大。

3、光学元件设计光学元件在各个领域中都有广泛的应用。

光学元件的设计优化是一个需要进行的重要性问题，其中拓扑优化方法可以被用于优化光学元件的形状和材料分布，从而提高光学元件的性能。

例如在太阳能电池板中，通过对太阳能电池板的形状和材料分布进行优化，可以优化太阳能的捕获效率。

Mechanical Engineering and Technology 机械工程与技术, 2021, 10(1), 121-131Published Online February 2021 in Hans. /journal/methttps:///10.12677/met.2021.101014STEP格式钣金模型特征识别吴祥宇，王雪飞，华顺刚大连理工大学机械工程学院，辽宁大连收稿日期：2021年1月13日；录用日期：2021年2月12日；发布日期：2021年2月25日摘要针对STEP格式钣金模型，研究了一种特征识别方法用于提取交换格式模型中的特征信息。

首先，从钣金B-rep模型中提取面、环和边等拓扑信息进行分类和组合，创建与特征有关的榫接面集、腹板面集和弯边面集。

然后结合环、边信息，根据几何形状识别钣金件的基础特征、修剪特征和变形特征，判断特征间的父子关系并提取特征参数。

实验表明该方法可有效识别出标准交换格式钣金模型的特征。

关键词STEP格式，钣金模型，特征识别，拓扑信息Feature Recognition for Sheet Metal Modelin STEP FormatXiangyu Wu, Xuefei Wang, Shungang HuaSchool of Mechanical Engineering, Dalian University of Technology, Dalian LiaoningReceived: Jan. 13th, 2021; accepted: Feb. 12th, 2021; published: Feb. 25th, 2021AbstractAiming at the sheet metal models in STEP format, a feature recognition method is studied to ex-tract the model’s feature information. First, the geometrical and topological information including the face, loop and edge are gained and classified. The joggle face-sets, web face-sets and flange face-sets are created after grouping faces. By combining these face-sets with loops and edges, the base feature, trim feature and deformation feature could be recognized. After that, the feature re-lationships are judged and parameters are extracted. Experiments proved that our method is ef-fective for recognizing the features of sheet metal models in standard exchange format.吴祥宇等KeywordsSTEP Format, Sheet Metal Model, Feature Recognition, Topological InformationCopyright © 2021 by author(s) and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0)./licenses/by/4.0/1. 引言钣金件广泛应用于航空航天、轻工、电子等众多领域，因其包含特殊的形状和特征，如弯边、榫接和纵梁切口等，在跨平台的信息交换如STEP和IGES格式文件存储中，其特征信息会丢失，对于后续的模型处理、重建，以及加工工艺和模具设计产生不利影响。

Blender中的模型变形技巧Blender是一款功能强大的三维建模软件，它广泛应用于电影、动画和游戏等领域。

在Blender中，模型变形是建模过程中非常重要的一个环节。

本文将介绍一些在Blender中常用的模型变形技巧，帮助读者更好地了解和掌握这些技术。

1. 使用变形器Blender提供了多种变形器工具，可以快速对模型进行变形。

例如，通过选择模型的顶点、边或面，然后使用位移变形器，可以对选定区域进行平移、旋转或缩放。

另外，还可以使用扭曲变形器来扭曲模型的形状，或者使用嵌套变形器来创建复杂的动画效果。

2. 应用形变在进行模型变形时，有时可能需要将形变应用到模型本身，以方便后续的编辑和调整。

在Blender中，可以通过应用形变功能来实现。

在编辑模式下，选择需要应用形变的部分，然后使用菜单中的“应用形变”选项即可将形变应用到模型中，使其变得可编辑。

3. 使用钳制变形器Blender中的钳制变形器功能可以帮助我们在模型中创建复杂的形状。

通过选择模型的顶点、边或面，并设置钳制变形器的参数，可以实现类似涂鸦的效果。

这对于创建纹理、细节或特殊形状非常有用。

4. 使用绑定骨骼在Blender中，绑定骨骼是一种常用的模型变形技术。

通过创建骨骼系统，并将骨骼与模型的顶点组织起来，可以实现复杂的模型变形。

例如，在创建人物角色时，可以使用骨骼绑定技术来控制角色的骨骼动作，使其在动画中更加逼真。

5. 使用动态拓扑动态拓扑是一种在Blender中创建和编辑模型的强大技术。

通过使用动态拓扑工具，可以在模型上进行自由绘制，添加和删除顶点，从而实时改变模型的拓扑结构。

这对于创建有机形状、雕刻和细节工作非常有用。

6. 使用模型修饰器模型修饰器是Blender中一种重要的技术，可以使模型在渲染前及时显示高细节的效果。

通过在模型上添加修饰器，并设置不同层次的细节，可以在编辑模式和渲染模式之间进行快速切换。

这对于节省计算资源和加速渲染非常有用。

信息技术 XINXUISHU 2021年第4期基于骨架约束的人体轮廓图像变形算法蔡雨轩，车文刚**作者简介：蔡雨轩(1995 -),男，硕士研究生，研究方向为图像处理。

*通讯作者：车文刚(1963 -),男，博士，硕士生导师，教授,研究方向为人工智能和模式识别。

(昆明理工大学信息工程与自动化学院，昆明650500)摘 要：经典的基于控制点的移动最小二乘变形方法，没有考虑到图像变形过程中图像的拓扑结构， 导致变形效果脱离现实人体轮廓结构，变得夸张且不符合常理。

而骨架刚好能完整地保留图像轮廓的拓扑结构。

提出一种在变形过程中加入骨架约束的变形算法，通过推导计算得到一个约束系数，使 每一个像素点的移动相对于骨架存在一个约束,从而达到真实有效的变形。

实验结果表明，文中方法可以使人体轮廓图像由瘦变胖的变形过程更加符合现实中人体曲线的变化情况。

关键词：计算机技术；图像变形；骨架约束;移动最小二乘法；人体轮廓图像中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009 -2552(2021)04 -0069 -06DOI ： 10. 13274/j. cnki. hdzj. 2021.04.013Human contour image deformation algorithm based on skeleton constraintCAI Yu-xuan , CHE Wen-gang(Faculty of Information Engineering and Automation , Kunming University of Science and Technology , Kun ­ming 650500, China)Abstract : The control points based classic moving least squares deformation method does not take into ac ­count the topological structure of the image in the process of image deformation , causing the deformationeffect to deviate from the contour structure of the actual human body , which becomes exaggerated and un ­reasonable ・ The skeleton could just keeps the complete topological structure of the image contour ・ This pa ­per proposes a deformation algorithm that adds the skeleton constraint in the deformation process , and ob ­tains a constraint coefficient through derivation and calculation , which allows the movement of each point tohave a constraint relative to the skeleton , so as to achieve an effective deformation. The experimental results show that the method can make the process from thin to fat of human body contour more in line with thechange of the human body curve in reality.Key words ： computer technology ； image deformation ； skeleton constraint ； moving least square method ； human body contour image o 引言图像变形技术是指按一定的规则或方法,生 成平滑的、真实的变形效果的图像处理技术。

结构拓扑优化基本理论结构拓扑优化是一种优化方法，通过调整和重新设计结构的拓扑结构，以实现结构的最佳性能和最优重量比。

结构拓扑优化的基本理论包括拓扑检测方法、拓扑优化算法、数学模型以及结构性能评估等。

本文将对这些基本理论进行详细介绍。

拓扑检测方法是结构拓扑优化的基础，它用于确定结构中哪些部分可以被删除或重新设计。

常用的拓扑检测方法有密度法、梯度法和敏感度法。

密度法是一种基于密度的检测方法，它通过计算结构中每个单元的密度来判断其是否可以删除。

梯度法是一种基于梯度的检测方法，它通过计算结构的形式梯度来判断哪些部分可以被删除。

敏感度法是一种基于灵敏度分析的检测方法，它通过计算结构的灵敏度来确定结构中哪些部分对性能影响较小，可以删除或重新设计。

这些拓扑检测方法可以相互结合使用，以获得更准确的结果。

拓扑优化算法是结构拓扑优化的核心，它用于调整和重新设计结构的拓扑结构。

常用的拓扑优化算法有应力法、位移法、有限元方法和进化算法等。

应力法是一种基于应力分析的优化算法，它通过计算结构中每个单元的应力来决定哪些部分可以删除或重新设计。

位移法是一种基于位移分析的优化算法，它通过计算结构中每个单元的位移来判断哪些部分可以删除或重新设计。

有限元方法是一种基于有限元分析的优化算法，它通过离散化结构并求解有限元方程来确定哪些部分可以删除或重新设计。

进化算法是一种基于进化过程的优化算法，它通过模拟生物进化过程中的选择、交叉和变异等操作来达到优化结构拓扑的目的。

这些拓扑优化算法可以根据具体应用选择合适的方法进行优化。

数学模型是结构拓扑优化的基础，它用于描述结构的形式和性能之间的关系。

常用的数学模型有拓扑优化模型和约束条件模型。

拓扑优化模型是结构拓扑优化的数学描述，它通常以二进制数表示结构的拓扑结构，1表示该单元存在，0表示该单元不存在。

约束条件模型是结构拓扑优化的数学描述，它用于限制结构的形式和性能之间的关系，如最小体积约束、最大刚度约束等。

福 建 建 筑Fujian Architecture & Construction2021年第01期总第271期No 01 • 2021Vol - 271一种从拓扑优化结果到拉压杆模型的自动提取方法研究乔文正2 陈国荣2（1.吕梁学院建筑系山西吕梁033000； 2.河海大学力学与材料学院江苏南京211100）摘要:拉压杆模型作为一种混凝土结构的塑性设计方法，被越来越多人所接受并广泛使用。

拓扑优化已经成为形成拉压杆模型的广泛共识。

然而,如何从拓扑优化结果自然地过渡到拉压杆模型这一重要的问题，却常常被人忽略。

基于此，提出由细化和提取两个阶段构成的一种自动提取方法，实现拓扑优化结果与拉压杆模型有效衔接，并且能够最大限度地减少人为干预。

在基于可移动变形组件的拓扑优化结果的基础上，通过单侧牛腿算例阐述该方法的思路和 过程，并证实其正确性和有效性。

关键词：拉压杆模型;拓扑优化;细化算法;可移动变形组件中图分类号:TU375.4 文献标识码:A 文章编号：1004 -6135（2021）01 -0032 -04Research on an automatic extraction mettod from topology optimization resultrio iirui -and -icemodeliQIAO Wenzheng 1'2 CHEN Guorong 2(1. Department of Architecture ' Luliang University ' Luliang 033000;2. Collece of Mechanics and Materials ' Hohat University 'Nanjing 211100)Abstract ：As a plastic desian method of concrete structure ，the strut 一 and - tio models have been widely accepted and used by more andmore people. Topology optimization has become a widely recoonized method for generation of strut 一 and - tio models. Howeveo,U ic crucial problem that how to transition naturalle from topology optimization results to strut 一 and - ho model s is often neglected. An automatio extrac ­tion method consisting of thinning and extraction phase is proposed ，which can 6X6—01 connect topology optimization results with strut 一 and - tic models and minimize the manual intervention. Based on the result from moving morphable components based topology optimiza ­tion ， the idea and process of the automatic extraction method are described ，and its validity and effectiveness are verified by the single corbel example.Keywordt : Strut - and - tic models ； Topology optimization ； Thinning alyorithm ； Moving morphabl components1研究背景拉压杆模型（strut - and - tia models ，简称 STM ）是由类桁架模型发展而来。

拓扑辨识与目标检测摘要：一、拓扑识别与目标检测的概述1.拓扑识别的概念2.目标检测的概念3.两者的关联性二、拓扑识别在目标检测中的应用1.基于深度学习的拓扑识别方法2.拓扑识别在目标检测中的优势3.实际应用案例三、目标检测在拓扑识别中的应用1.目标检测技术的发展2.目标检测在拓扑识别中的作用3.实际应用案例四、拓扑识别与目标检测的未来发展趋势1.技术的融合与创新2.在更多领域的应用3.对未来生活的影响正文：拓扑识别与目标检测是两个看似独立，但实际上有着紧密关联的领域。

拓扑识别主要关注对复杂网络结构的分析和理解，而目标检测则是计算机视觉领域的一个重要研究方向，关注从图像或视频中检测出感兴趣的物体并标注出其位置。

随着人工智能技术的不断发展，这两个领域逐渐交汇，相互促进，为人们的生活带来诸多便利。

首先，我们来了解一下拓扑识别与目标检测的概念。

拓扑识别，顾名思义，是指识别一个系统的拓扑结构。

在复杂网络分析中，拓扑结构包括节点、边和度等概念。

目标检测则是指从图像或视频中检测出感兴趣的物体，并为其绘制边界框。

这一过程中，通常需要运用到深度学习、计算机视觉等相关技术。

拓扑识别与目标检测之间的关联性表现在它们可以相互促进，共同发展。

在目标检测中，深度学习技术被广泛应用。

通过神经网络模型，可以有效地提取图像特征，从而实现目标的检测。

而在拓扑识别中，目标检测技术可以帮助分析网络结构中的节点，进一步理解网络的拓扑特性。

此外，在实际应用中，两者也可以相互融合，共同解决更为复杂的问题。

在拓扑识别中，基于深度学习的拓扑识别方法得到了广泛的研究和应用。

通过利用神经网络模型，可以从图像数据中提取有效的特征信息，从而实现对拓扑结构的精确分析。

而在目标检测中，深度学习技术的发展也极大地推动了其在拓扑识别中的应用。

实际应用案例方面，拓扑识别与目标检测的结合在工业生产、智能交通、安防监控等领域都取得了显著的成果。

例如，在智能交通领域，通过将拓扑识别与目标检测技术相结合，可以实时监测道路状况，有效预防交通事故的发生。

挤压机前梁结构轻量化设计发布时间：2021-06-09T16:11:15.473Z 来源：《基层建设》2021年第5期作者：朱朝东[导读] 摘要：前梁是挤压机设备中重要的承力构件，在挤压过程中，挤压设备的挤压力及挤压筒锁紧力将通过模具传导至前梁中心环面上前梁经常承受高负载作用力，其结构应有足够的强度和刚度，以保证挤压设备整机使用的可靠性。

哈尔滨东轻特种材料有限责任公司黑龙江省哈尔滨市 150060摘要：前梁是挤压机设备中重要的承力构件，在挤压过程中，挤压设备的挤压力及挤压筒锁紧力将通过模具传导至前梁中心环面上前梁经常承受高负载作用力，其结构应有足够的强度和刚度，以保证挤压设备整机使用的可靠性。

本文以挤压机前梁作为研究对象，构建前梁实心结构的三维模型，利用有限元数值模拟分析的方法对结构模型进行拓扑优化，获得前梁结构的拓扑形式，并以此作为设计依据，进行前梁内部腹板结构布局，最终获得前梁的轻量化空心腹板结构。

通过有限元数值分析三维模型并与原结构进行对比，重构优化后结构合理。

关键词：前梁；拓扑优化；轻量化随着我国机械行业的迅速发展，工业与民用结构中大量采用钢材结构，使得建筑用钢材逐年增加。

尤其是近几年，国家大力发展航空航天领域、船舶工业领域、动车组、通用机械和机床等领域，可见工业用钢已成为材料中钢材用量的重大领域。

因而如何合理利用和节约工业与民用钢材引起了越来越广泛的关注，进行结构优化设计就是其中的一条有效途径。

车身轻量化是提高汽车燃油经济性、减少尾气排放、节约材耗的有效手段。

采用轻量化材料是汽车车身轻量化的重要途径。

相对于单一材料车身而言，多材料车身可以充分发挥不同材料的性能、成本优势，为车身各个零部件选择合适的制造材料，从而在性能和成本约束下，实现较好的轻量化效果。

一、前梁结构有限元分前、后梁是挤压机最重要的承压构件之一。

后梁的结构决定着制造工艺，又决定了挤压机的用途和挤压力的大小。

在较小型的挤压机上，一般主缸与后梁铸造成一个整体，在大型挤压机上，主缸为单体结构，放在后梁镗孔中。

适形变形法1. 引言适形变形法（Shape Conforming Method）是一种广泛应用于工程设计和科学研究的数值模拟方法。

该方法通过对给定的初始形态进行适应性变形，使其最终达到预期的形态，从而实现目标的优化。

在实际应用中，适形变形法常用于求解各种最优化问题，如结构拓扑优化、形状优化等。

本文将对适形变形法进行全面、详细、完整且深入地探讨。

2. 适形变形法的基本原理适形变形法的基本原理是将初始形态不断进行适应性变形，直到达到预期目标。

具体而言，适形变形法通常采用有限元法来建立模型，通过调整节点的坐标和形状，使得整个模型逐渐趋向于理想的形态。

适形变形法的基本步骤包括：初始形态生成、适应性变形、判断是否达到预期目标等。

3. 适形变形法的应用领域适形变形法在工程设计和科学研究中具有广泛的应用。

以下是适形变形法在几个典型领域的应用示例：3.1 结构拓扑优化在结构拓扑优化的问题中，适形变形法可以通过调整结构的节点位置和边界条件，使得结构的拓扑形态逐渐趋近于最优解。

适形变形法在结构拓扑优化中的应用可以有效地减小结构的重量和成本，提高结构的刚度和强度。

3.2 形状优化适形变形法在形状优化问题中可以通过调整给定物体的形状，使其在满足一定约束条件的前提下，达到预期的性能要求。

形状优化是一种重要的优化手段，适形变形法在形状优化中的应用可以有效地改善产品的外观和功能。

3.3 流体力学仿真适形变形法在流体力学仿真中的应用较为常见。

通过对流体的网格进行适应性变形，可以使模拟结果更加准确和稳定。

适形变形法在流体力学仿真中的应用可以有效地提高模型的计算效率和精度。

4. 适形变形法的算法实现适形变形法的算法实现一般包括初始形态生成、适应性变形和判断目标是否达到等步骤。

以下是适形变形法的常用算法实现：4.1 初始形态生成初始形态生成是适形变形法的关键一步，其目标是生成与设计要求相匹配的初试形态。

初始形态生成可以采用多种方法，如随机生成、模型迭代等。