基于ESO算法的L型区域结构拓扑优化及应用

发布时间：2017-04-17 11:25

  本文关键词：基于ESO算法的L型区域结构拓扑优化及应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：科学技术不断发展对结构拓扑设计提出越来越高的要求，而传统的按照工程经验设计结构构形的方法已经不能满足这一要求。计算机和数值分析技术引入结构设计领域是结构设计方法的重大突破。渐进结构优化方法(evolutionary structuraloptimization, ESO)是其中一种简明有效的方法。 L型区域结构拓扑优化是结构拓扑优化领域的活跃课题，常用的拓扑优化算法难以获得满意的结果。目前对该课题的研究主要集中在数值算法上，却没有针对渐进结构优化算法的研究。除此以外，，该课题现有的研究计算复杂、计算成本高以及稳定性较差。基于此，本文以渐进结构优化算法为基础，研究L型区域的结构拓扑优化。 传统的渐进结构优化算法通过不断删除低效或无效单元使结构不断趋于最优，应力逐渐均匀。并且在大多数的算例中取得了比较满意的拓扑结果。然而对于具有凹角的L型区域结构，传统的渐进结构优化算法无法获得较为满意的结构拓扑，集中表现在最终的拓扑结果中凹角形式没有被改变导致在该区域形成局部应力集中，影响结构性能。本文从自然界水塘积水形成与排水方式的现象中受启发，提出一种基于“水塘排水模拟”材料删除方法，通过该删除方法使阻碍应力转移均摊的材料逐渐被删除，从而不断的提高结构性能，消除结构中的应力集中。通过L型区域算例证明该方法有效。 对于任一种优化算法，服务于工程实际才是该算法最终目的。基于此，本文将该方法运用于实际生活中常见的开口扳手的优化。可以看到，本文算法获得扳手的结构拓扑与现实中扳手的结构相一致，同时在形状变化剧烈区域获得了比较好的过渡形状，缓解了应力集中。该算例表明，本文算法不仅局限于理论研究，同时具有一定的实际意义。
【关键词】：渐进结构优化 等效应力 L型区域 应力集中 有效性
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH122
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 引言8
• 1.2 离散体拓扑优化8-9
• 1.3 连续体拓扑优化9-11
• 1.3.1 均匀化方法（Homogenization method）9-10
• 1.3.2 固体各向同性材料惩罚法（SIMP）10-11
• 1.3.3 渐进结构拓扑优化（ESO）11
• 1.4 论文的主要内容及课题来源11-12
• 1.4.1 论文研究主要内容11-12
• 1.4.2 课题的来源12
• 1.5 论文的研究意义12-14
• 2 L 型区域拓扑优化研究现状及发展趋势14-22
• 2.1 引言14
• 2.2 L 型区域拓扑优化现有研究14-19
• 2.2.1 基于 SIMP 算法的研究14-18
• 2.2.2 基于整数线性规划法的研究18-19
• 2.3 L 型区域现有研究成果及缺陷19-21
• 2.4 课题研究发展趋势探讨21-22
• 3 ESO 算法拓扑形成过程及 L 型区域失效分析22-34
• 3.1 渐进结构优化算法22-24
• 3.1.1 Von Mises 应力准则22-23
• 3.1.2 性能指标（PI）23-24
• 3.1.3 渐进结构优化算法实施流程24
• 3.2 基于渐进结构优化算法的结构拓扑形成24-26
• 3.2.1 悬臂梁24-26
• 3.2.2 算例小结26
• 3.3 L 型区域拓扑优化失效分析26-30
• 3.3.1 单元应力过滤操作26-27
• 3.3.2 L 型区域算例27-28
• 3.3.3 拓扑形成28-30
• 3.4 L 型算例失效原因分析30-33
• 3.4.1 引言30-31
• 3.4.2 基于删除准则失效分析31-32
• 3.4.3 基于性能指标 PI 失效分析32-33
• 3.5 本章小结33-34
• 4 基于“水塘排水模拟”的渐进结构优化法34-51
• 4.1 “水塘排水模拟”34-37
• 4.1.1 “水塘排水模拟”设想的提出34-35
• 4.1.2 “水塘排水模拟”有效性验证35-37
• 4.1.3 “水塘排水模拟”提出的意义37
• 4.2 应力梯度37-40
• 4.2.1 应力梯度的提出37-38
• 4.2.2 应力梯度的计算38-40
• 4.2.3 应力梯度的意义40
• 4.3 基于“水塘排水模拟”的渐进结构优化算法流程40-44
• 4.3.1 收敛判断40-41
• 4.3.2 性能指标41
• 4.3.3 误删现象的控制41-43
• 4.3.4 单元删除操作43
• 4.3.5 算法流程43-44
• 4.4 L 型区域优化算例44-50
• 4.4.1 载荷作用在顶部45-47
• 4.4.2 载荷作用在中部47-50
• 4.4.3 算例小结50
• 4.5 本章小结50-51
• 5 基于“水塘排水模拟”的渐进结构优化方法的工程应用51-55
• 5.1 开口扳手51
• 5.2 算例分析51-54
• 5.2.1 初始条件设定51-53
• 5.2.2 开口扳手结构优化53-54
• 5.3 本章小结54-55
• 6 结论与展望55-56
• 6.1 结论55
• 6.2 展望55-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-62
• 附录62
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文62

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：313132