机身平面框结构的拓扑优化设计

发布时间：2017-07-29 13:03

  本文关键词：机身平面框结构的拓扑优化设计

  更多相关文章： 均布平压 加筋板结构 二级优化方法 拓扑优化 工程方法

【摘要】：均布平压载荷下的加筋板结构普遍应用于航空、航天和航海领域。通过拓扑优化设计可实现加筋板结构的刚度、强度等力学性能的最佳匹配,从而提高材料利用率并降低成本。但是加筋板结构的设计变量多,且设计变量之间的关系复杂,如何实现快速优化是工程设计中急需解决的问题。本文回顾了结构优化设计的方法及其发展历程。针对均布平压下等间距和非等间距加筋板的拓扑优化问题,将复杂的拓扑优化问题分解为外层级优化和内层级优化,分别提出了等间距和非等间距加强筋布置的二级布局优化方法。并通过三个算例验证了这两种二级布局优化方法的有效性。由于数值优化方法往往需要耗费大量的时间进行前期的参数化建模,同时后期的寻优过程也需要大量的计算成本,针对这些问题本文又提出了一种可用于优化均布平压载荷下四边简支的矩形加筋板结构的拓扑优化的工程方法。该方法先运用工程近似方法获得均布平压载荷下四边简支矩形基板的弯矩分布,然后根据基板的弯矩分布以及给定的筋条的承载能力确定横纵向筋条的数目,最后根据筋条的布局情况确定基板的厚度。该方法只需计算几个简单的表达式就能很快地得到设计结果,特别适用于工程设计。本文采用所提出的工程方法计算了典型算例和进行了工程实例应用设计,并与等间距加强筋布置的二级布局优化设计结果作了比较,结果表明本文提出的工程方法不仅简单易行而且有很好的优化效果。
【关键词】：均布平压 加筋板结构 二级优化方法 拓扑优化 工程方法
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V223
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 引言11
• 1.2 结构优化设计11-16
• 1.2.1 结构优化设计分类12-13
• 1.2.2 结构优化算法13-15
• 1.2.3 结构优化的关键技术15-16
• 1.3 拓扑优化设计方法16-21
• 1.3.1 连续体拓扑优化方法16-19
• 1.3.2 离散体拓扑优化方法19-21
• 1.4 本文研究目的和主要内容21-23
• 第二章 平面框二级布局优化设计方法23-41
• 2.1 引言23
• 2.2 优化模型23-24
• 2.3 等间距加强筋布置的二级布局优化方法24-28
• 2.3.1 优化方法24-25
• 2.3.2 二级布局优化设计中的关键技术25-28
• 2.4 非等间距加强筋布置的二级优化方法28-30
• 2.4.1 优化方法28-29
• 2.4.2 二级布局优化设计中的关键技术29-30
• 2.5 等间距加强筋的矩形加筋板二级布局优化算例30-33
• 2.5.1 结构描述30-31
• 2.5.2 优化模型31-32
• 2.5.3 优化结果及分析32-33
• 2.6 等间距加强筋的机身加强框二级布局优化算例33-36
• 2.6.1 结构描述33-34
• 2.6.2 优化模型34-35
• 2.6.3 优化结果及分析35-36
• 2.7 非等间距加强筋的机身加强框二级布局优化算例36-40
• 2.7.1 结构描述36
• 2.7.2 优化模型36-37
• 2.7.3 优化过程37-39
• 2.7.4 优化结果及分析39-40
• 2.8 本章小结40-41
• 第三章 均布平压下平面框拓扑优化的工程方法41-50
• 3.1 引言41
• 3.2 均布平压下矩形加筋板结构拓扑优化的工程方法41-45
• 3.2.1 结构描述41-42
• 3.2.2 四边简支矩形弹性薄板弯矩分布求法42-43
• 3.2.3 横纵向筋条数的求法43-44
• 3.2.4 基板厚度的求法44-45
• 3.3 矩形加筋板拓扑优化的工程方法45-47
• 3.3.1 求解过程45-46
• 3.3.2 设计结果及分析46-47
• 3.4 机身加强框拓扑优化的工程方法47-48
• 3.4.1 求解过程47
• 3.4.2 设计结果及分析47-48
• 3.5 小结48-50
• 第四章 总结与展望50-52
• 4.1 全文总结50
• 4.2 后续工作展望50-52
• 参考文献52-57
• 致谢57-58
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文58

【参考文献】

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本文编号：589266