文档介绍：山东理工大学
硕士学位论文
应力和位移约束下连续体结构拓扑优化设计及其在汽车设计中
的应用
姓名:戴永谦
申请学位级别:硕士
专业:车辆工程
指导教师:王健
应力和位移约束下连续体结构拓扑优化设计及其在汽车设计中的应用/,ⅰⅲ束下的拓扑优化设计研究。采用分级优化技术进行优化。即根据丝壅釜堡的不体课题研究得到山东省自然科学基金支持/一杆进行了结构分析。通过将悬转扒杆结构简化为梁一杆单元,进行有限元离散,一方法应用于实际中,对汽车车塑进行了拓扑优化。研究生:戴永谦指导教师:王健教授业:交通与车辆工程/结构拓州优化设计问题近年来已成为研究热点,被认为是最具挑战性的课题。到目前为止,位移和应力约束下连续体结构的拓扑优化尚不多见,本文在这方面作了一定的研究。/本文研究的主要内容可分为两大部分:课题研究的准备阶段,为熟悉这一软件,本文先对用于拆装塔型井架的悬转扒对扒杆在井架最上和最下两个极端位置进行了有限元计算,主要分析了扒杆在水平吊重和垂直吊重,单臂吊重和双臂吊重等工作状态下结构的受力情况。针对悬转扒杆中的套筒结构,提出了以弹性边界单元,取代套筒的约束作用的方法。以便直接用通用有限元结构分析程序分析带有套筒的复杂结构,将问题分辛肆褰峁乖谟α臀灰圃际碌慕峁雇仄擞呕⒔溆τ于汽车车架的优化中。本文对平面弹性体和受弯薄板结构进行了应力和位移约同,将结构优化分级进行,每一级优化只处理一类或一种约束条件。对于优化中的位移约束,分别推导了平面弹性体结构和受弯薄板结构位移计算的莫尔积分公式,提出了与通用程序相配合的位移计算方法。以此作为位移约束,用处理位移约束的最速下降法进行位移约束处理,并分别给出了算例;最后,将这山东理工大学硕士学位论文摘要捎诒韭畚牡乃醒芯抗ぷ鞫夹胗τ糜邢拊=峁狗治鋈砑校魑解、简化。专~———!!!獭!!!!!!!!!R~
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出奎翌三查兰坚圭兰堡笙苎一~,随着计算机技术的迅速发展和有限元方法的诞生,结构为力学的一个重要分支,并逐步应用到工程结构设计中。结构优化主要研究如何为工程师提供可靠、高效的方法以改进结构的设计,有很强的应用背景。根据问题的特点,结构优化可分为三个层次:结构尺寸优化话阋越孛娉叽缥I杓票淞、结构形状优化匀范ń峁辜负涡巫吹牟问I杓票淞和结构拓扑优化匀范结构布局、拓扑的参数为设计变量D壳埃峁钩叽缬呕徒峁剐巫从呕嗄研究,已相对比较成熟,而结构拓扑优化难度较大,被认为是结构优化中最困难、最富挑战性的研究领域。拓扑的改进可以大大改善结构的性能或减轻结构重量,因此人们一直很关注结构拓扑优化的研究。结构拓扑优化方法研究仍处在初期阶段,在设计实践中的应用较少。结构拓扑优化按研究对象可以划分为离散结构拓扑优化和连续体结构拓扑优化两大领域。离散结构拓扑优化主要围绕桁架进行,其结构分析比较简单,设计变量少,计算量小,主要用于理论方法的推导和验证。经多年研究,离散结构拓扑优化研究取得丰硕成果,在实际工程设计中也得到一些应用。连续体结构拓扑优化是指在给定外载及支承位置的情况下,采用优化方法决定是否应该在连续体内开孔、开多少个孔以减轻结构的重量或提高结构的性能。如果允许采用多种介质来制造结构,连续体结构的拓扑优化就是寻求不同介质如何嵌入的最优拓扑。连续体结构拓扑优化存在设计变量多,模型复杂等特点。现有的主要方法是基于摄动理论的均匀化方法。还有密度法、厚度法、泡泡法、最优准则法。其中均匀化方法最为成功,围绕均匀化方法,从理论到算法到算例,从静力到动力,已有一大批论文发表。国内的拓扑优化设计取得了很多成果,但主要集中在桁架结构,对结构拓扑优化研究开始于上个世纪末,本世纪六十年代出现过一个研究热潮,但进展很小,从八十年代末,结构拓扑优化再次在国际上成为热点,出现很多好的回顾了桁架结构拓扑优化中奇异最优解的研究,指出应力函数的不连续性是造成奇优化迅速发展起来。经过许多力学工作者和工程技术人员的不断研究,结构优化成于连续体结构的研究较少。研究工作。王健【集中介绍了该领域年以前的发展情况。最近几年,结构拓扑优化设计又取得了长足进展。在离散结构的拓扑优化设计中,程耿东异最优解的主要原因,这类问题的可行域是由不同维数的可行子域组成,奇异最优
’优解的松弛、延拓算法。和一爸畲笪灰苹騡氐膄值法对框架结构的支撑位置进行了拓扑优化。虵岢隽髓旒拓扑优化设计的原始对偶方法,用共轭梯度法解对偶方程。岢隽多特征值约束下的桁架结构拓扑优化的半正定规划方法,并给出了广泛应用矩阵稀疏性的数值算法。该法对有多基本特征值的优化设计特别有用。芯了受应力和局部弯曲约束的桁架结构拓扑优化设