基于变密度法的箱型梁结构拓扑优化研究

发布时间：2017-04-06 14:18

  本文关键词：基于变密度法的箱型梁结构拓扑优化研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：工程结构优化设计作为提高结构使用寿命、降低零件制造成本、减少耗能的有效设计手段，已经成为目前工业设计研究的重点。作为拓扑优化设计的主要理论算法，变密度法成为主流有限元软件拓扑优化的算法基础，并广泛应用于汽车零部件、工程机械等的轻量化设计中。对其理论的研究和优缺点的改进，一直是优化设计人员的研究热点。本文的主要研究内容包括： (1)综述了结构优化的发展历程、拓扑优化理论和算法的国内外研究现状以及目前存在的问题，提出了门式起重机箱型主梁基于变密度法进行拓扑优化设计的必要性和可行性。 (2)阐述了结构拓扑优化问题的基本概念和数学模型以及层次、分类和技术路线，研究了连续体结构拓扑优化的常用优化算法的基本思想原理和各自的特点。对拓扑优化迭代计算中出现的数值不稳定现象做了分析。 (3)在研究变密度法理论的基础上，推导了基于变密度法的拓扑优化迭代算式和数学模型。对出现的数值不稳定现象，提出了插值模型理论算式，并给出典型实例的验证。 (4)在研究箱型主梁结构静力分析及其结果的基础上，发现主梁具有大量低应力单元。应用基于变密度法的拓扑优化迭代算式和数学模型，对主梁腹板进行优化。应用插值模型的理论和方法算式，对优化结果中出现的数值不稳定现象进行处理并得到最终的拓扑优化结果。通过对比原模型分析结果表明，，该拓扑优化结果边界较为清晰明确，具有一定的实际设计制造指导意义。
【关键词】：拓扑优化 变密度法 插值模型 数值不稳定现象 主梁
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH122
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景和意义9-10
• 1.2 结构拓扑优化设计的产生和发展10-11
• 1.3 国内外结构拓扑优化设计的研究现状11-12
• 1.4 结构拓扑优化设计存在的问题12-13
• 1.5 研究目标和研究内容13-15
• 2 拓扑优化原理方法及应用研究15-33
• 2.1 结构拓扑优化基本原理15-18
• 2.1.1 结构优化设计的层次和分类15-16
• 2.1.2 结构拓扑优化的基本概念16-18
• 2.1.3 结构优化设计的一般技术路线18
• 2.2 拓扑优化求解算法和数学模型18-21
• 2.3 连续体结构拓扑优化基本方法21-29
• 2.4 结构拓扑优化计算中的不稳定现象29-32
• 2.4.1 棋盘格现象29-30
• 2.4.2 网格依赖性30-31
• 2.4.3 局部极值问题31
• 2.4.4 灰度单元现象31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 3 变密度法结构拓扑优化数值算法33-46
• 3.1 基本变密度法拓扑优化数值算法33-41
• 3.1.1 拓扑优化变密度法迭代算式推导33-37
• 3.1.2 变密度法拓扑优化的数学模型37-39
• 3.1.3 SIMP 和 RAMP 插值模型39-41
• 3.2 数值不稳定现象的处理算例41-44
• 3.2.1 惩罚参数消除中间密度单元41-42
• 3.2.2 网格过滤法抑制棋盘格现象42-44
• 3.2.3 拓扑优化结果评价标准44
• 3.3 本章小结44-46
• 4 门式起重机箱型主梁的结构拓扑优化46-59
• 4.1 有限元分析工具 HyperWorks 及其二次开发46-48
• 4.2 基于 HyperWorks 的主梁结构分析48-52
• 4.2.1 主梁有限元模型的建立49-50
• 4.2.2 有限元模型加载和求解50-51
• 4.2.3 查看分析结果51-52
• 4.3 主梁拓扑优化52-58
• 4.3.1 主梁优化流程53-54
• 4.3.2 箱型主梁结构拓扑优化54-56
• 4.3.3 优化前后结果对比56-58
• 4.4 本章小结58-59
• 5 结论与展望59-61
• 5.1 结论59-60
• 5.2 展望60-61
• 参考文献61-68
• 攻读学位期间的论文及科研成果68-69
• 致谢69-70

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 迟菲;;箱形基础与筏形基础设计和选型管窥[J];门窗;2015年09期

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本文编号：289020