ESO方法删除率研究及飞轮多目标结构优化

发布时间：2017-03-30 09:03

  本文关键词：ESO方法删除率研究及飞轮多目标结构优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：科学技术的不断发展对结构的力学性能和经济性提出了越来越高的要求。结构优化设计正是这样一个迅速发展的设计领域。结构优化方法使得设计人员可进行主动、创造性的设计，而结构拓扑优化则是后续的形状、尺寸优化设计的基础。 飞轮回转体是一类重要的蓄能调节速度波动的机械零件结构，因此本文在前人研究基础上对飞轮的拓扑设计进一步完善，对飞轮进行多目标优化设计，不仅考虑结构的刚度，强度，还要求结构能具有较大的转动惯量，较小的质量。多目标优化设计对于工程实际应用有较大价值。 对于此飞轮多目标拓扑优化问题，本文采用全局准则法和集合分层、乘除、主目标法的混合法，并将两种方法得到的飞轮拓扑优化结果进行对比。采用全局准则法中，构造了基于全局准则方法的飞轮渐进结构优化单元灵敏度，并提出一种新的单元灵敏度过滤方法，最后得到了较好的飞轮优化结果，证明了全局准则应用于ESO多目标优化中的有效性；在混合法中，采用分层优化方法，第一层目标考虑飞轮质量和转动惯量，采用乘除法，设计了变厚度飞轮，第二层目标考虑飞轮的刚度以及强度，采用主要目标法，将刚度设置为主要目标，飞轮强度设置为约束条件，在第一层变厚度飞轮的基础上采用ESO方法进行飞轮优化设计，最后得到了较好的飞轮优化结果，证明了此方法应用于ESO多目标优化中的有效性。 此外，针对ESO方法中删除率和进化率的取值存在随意性，各个研究者根据自己的经验取值，没有一定的数学理论依据，本文将渐进结构优化方面的专家学者对删除率和进化率的取值进行了一个整理统计归纳，并在删除率统计归纳的基础上构造了权重法综合所有专家的意见确定删除率取值，意在分散和减少设计者个人取值的主观误差，使得取值的确定更加科学合理，然而结果并不理想。 因而最针对对于初始满设计区域，合理的删除策略为随着迭代的进行，随着应力趋于均布，单元删除数量应该逐渐减少。本文提出一种根据结构当前应力状态而动态变化的更简单动态单元删除率，使得随着迭代的进行单元的删除数量逐渐减少，，使删除率能够随优化过程中的相关信息进行调整，从而可以更有效地改善优化求解过程。方法中基于数理统计中标准差概念使用了新的判断结构应力均匀性的指标，并由其判断结构应力均匀程度。通过典型算例的分析，这种渐进优化方法具有收敛快，结构性能指标变化平稳的特点。并将此动态删除率应用于飞轮多目标结构拓扑优化中。
【关键词】：渐进结构优化 飞轮 多目标优化 删除率统计 动态删除率
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH133.7
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 引言8-9
• 1.2 结构拓扑优化9-10
• 1.2.1 离散体结构拓扑优化9
• 1.2.2 连续体结构拓扑优化9-10
• 1.3 渐进结构优化方法及其删除率问题10-12
• 1.4 论文课题的提出12-13
• 1.5 论文的主要研究内容13-14
• 2 现有 ESO 算例删除率统计分析及其在算法中的应用14-25
• 2.1 引言14
• 2.2 删除率取值统计分析14-15
• 2.3 基于删除率统计规律的 ESO 删除率构造15-16
• 2.4 算例16-24
• 2.4.1 底部两端固支 Michell 型结构17-18
• 2.4.2 底部一端简支一端固支 Michell 型结构18-20
• 2.4.3 短悬臂梁结构拓扑优化20-22
• 2.4.4 简支梁结构拓扑优化22-24
• 2.5 本章小结24-25
• 3 动态删除率研究25-36
• 3.1 引言25
• 3.2 动态删除率描述25-27
• 3.2.1 ESO 原始删除率 RR25-26
• 3.2.2 本文基于应力均方差的动态删除率的构造思路26-27
• 3.3 基于动态删除率的算法实施流程27-28
• 3.4 算法的评价指标28-29
• 3.5 算例29-35
• 3.5.1 底部两端固支 Michell 型结构29-31
• 3.5.2 底部一端简支一端固支 Michell 型结构31-33
• 3.5.3 悬臂梁结构拓扑优化33-35
• 3.6 本章小结35-36
• 4 基于 ESO 的全局准则线性加权法飞轮多目标结构优化36-42
• 4.1 引言36
• 4.2 常用多目标优化问题处理方法36-37
• 4.3 结合线性加权的全局准则法飞轮多目标渐进结构优化37-38
• 4.3.1 飞轮优化计算模型37
• 4.3.2 单元灵敏度计算方法37-38
• 4.4 算法实施流程38-39
• 4.5 飞轮全局准则线性加权法多目标优化结果39-41
• 4.6 本章小结41-42
• 5 基于 ESO 的混合多目标法飞轮多目标结构优化42-47
• 5.1 引言42
• 5.2 飞轮第一层优化分析42-45
• 5.2.1 变厚度飞轮优化设计计算模型42-43
• 5.2.2 计算模型求解43-45
• 5.3 飞轮第二层优化分析45
• 5.4 飞轮优化结果45-46
• 5.5 本章小结46-47
• 6 两种方法多目标优化对比分析47-53
• 6.1 算法性能指标47
• 6.2 两种方法性能指标对比47-51
• 6.3 本章小结51-53
• 7 结论与展望53-55
• 7.1 全文总结53
• 7.2 展望53-55
• 致谢55-56
• 参考文献56-61
• 附录61

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘书田,郑新广,程耿东;特定弹性性能材料的细观结构设计优化[J];复合材料学报;2001年02期

2 李芳,凌道盛;工程结构优化设计发展综述[J];工程设计学报(机械·设备和仪器的开发技术);2002年05期

3 ;遗传渐进结构优化法[J];钢结构;2008年08期

4 郭中泽;陈裕泽;张卫红;梅军;;基于单元材料属性更改的结构渐进拓扑优化方法[J];机械科学与技术;2006年08期

5 杜海珍,荣见华,傅建林,杨振兴;基于应变能的双方向结构渐进优化方法[J];机械强度;2005年01期

6 荣见华,姜节胜,胡德文,颜东煌,付俊庆;基于应力及其灵敏度的结构拓扑渐进优化方法[J];力学学报;2003年05期

7 罗志凡,荣见华,杜海珍;一种基于主应力的双方向渐进结构拓扑优化方法[J];应用基础与工程科学学报;2003年01期

8 亢战;张池;;考虑回转性能的三维结构拓扑优化设计[J];应用力学学报;2008年01期

9 倪晓宇,易红,汤文成,倪中华;机床床身结构的有限元分析与优化[J];制造技术与机床;2005年02期

10 张健;;车辆高速飞轮储能系统关键技术及其优化设计[J];机械制造与自动化;2007年04期

  本文关键词：ESO方法删除率研究及飞轮多目标结构优化，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：276710