文档介绍：北京交通大学
硕士学位论文
61T集装箱平车车体结构形状优化策略研究
姓名:余成树
申请学位级别:硕士
专业:车辆工程
指导教师:吴作伟
20061201
猄抡娉绦颍谘饭讨行薷纳杓票淞浚钡剿阉鞯铰愠堤迩慷中文摘要本文以结构优化设计理论和方法为基础,利用软件对集装箱专用平车车体结构进行了轻量化的优化设计。整个优化流程调用了两个仿真程亭一及渲蠥软件用来建立车体底架的有限元模型,砑贫准芨髁坏奈恢茫鳬蚯疉和和刚度要求的最优设计。针对大型工程结构设计变量多、设计空间复杂、结构分析所需时闯长的困难,本文研究了结合试验设计和近似模型的技术来降低优化规模,缩短优化时间,本文通过正交试验设计找到了对质量刚度影响较大的个板材厚度设计变量和形状位置变量,并找到了粗略的优化解,然后在此基础上基于多种群遗传算法进行了全局寻优,优化结果减重达%,,本文采用提供的多目标遗传算法鯤对质量和刚度两个目标进行寻优搜索,优化结果比用多种群遗传算法的结果好,并且多目标遗传算法的结果为设计者提供了一组最优解,为设计者提供了更大的选择空间。本文还尝试使用近似模型替代仿真程序,基于近似模型优化,虽然优化过程不必调用仿真程序进行分析,缩短了优化时间,但优化结果却没有前两种方法好。本文研究的成果可为货车车体底架的设计提供一定的参考价值,为结构优化设计在机车车辆中的深入研究打下了一定的基础。关键词:结构优化;轻量化;试验设计;近似建模;组合优化分类号主塞摘要.
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致谢本论文是在导师吴作伟副教授的悉心指导和关怀下完成的。两年多来,导师孜孜不倦的教诲,不仅保证了课题的顺利完成,而且使本人的专业理论和科研能力得到了进一步的巩固和提高,这必将对我今后的工作和学习奠定良好的基础。从导师这里,不仅学到了丰富的知识,学到了严谨的治学态度和活跃的思维方法,更为重要的是得到了做人方面的指导,,特向尊敬的导师致以崇高的谢意。感谢北京交大机车车辆研究所的老师们,是老师们教授的知识为本课题的顺利进行打下了理论基础,同时,各位老师严谨的治学态度也给我留下了深刻的印象,指导并激励着我的学时生活和学习中给过我帮助和关怀的同学们,、亲人,是他们多年来在物质和精神上给予我极大的关心和支持,使得我顺利完成学业。最后,再次向所有关心、支持和帮助过我的老师、同学表示衷心的感谢。作者:余成树年月
结构优化设计概述【髀确定的最终方案往往不是最优方案,而仅为可行方案。结构最优设计把力学概念结构优化设计是相对于传统的结构设计而言的。传统的结构设计首先凭借经验和一些简单的分析方法进行结构的初步设计,然后用较准确的分析方法检验,进行强度、冈Ⅱ度、稳定性等各方面的计算。计算目的实质上是对给定的方案作力学分析,起~种安全校核的作用,证实原方案的可行性。设计者有条件时还要研究几个可能的方案来进行比较,从而对结构布局、材料选择、构件尺寸、结构外形等进行修改,以便得到更为合理的方案,普通的结构力学分析只起到一种校核的作用,它有着两方面的缺点:一是效率低;二是由于时间和设计者经验的限制,和优化技术作了有机的结合,实践证明,结构最优设计能缩短设计周期、节省人力、提高设计质量和水平,最终取得显著的经济效益和社会效益。最优设计是按一定的数学模式将两者紧密地联系在一起,即将设计问题转化为严格的数学规划问题求解,可利用计算机连续快速作出方案比较,从而找到最优设计方案。评价设计优劣的标准,在优化设计中称为目标函数;结构设计中的量,以变量形式参与的称为设计变量;设计时应遵守的几何、强度、刚度稳定等条件称为约束条件;选择设计变量,确定目标函数,列出约束条件,称为建立优化设计的数学模型。优化设计数学模型建立在解决不同的工程实际问题的基础上,,选择不同的最优化方法。随着计算机辅助设计、分析技术的发展与成熟,促进了结构优化方法的发展与应用。特澍是近二、三十年来,结构优化理论和方法有了很大的进步。结构优化设计的发展经历了三个阶段,第一阶段是以截面尺寸优化起步的,即以结构截面尺寸如杆件截面积、梁元截面尺寸、板壳单元的厚度等几何变量为设计参数,在满足强度、刚度等约束条件下寻找最优解,优化过程中并不改变结构的有限元网格模型,所以其研究已经相当成熟。结构优化设计的第二阶段是进行结构的几何形状优化,连续体结构形状优化中,设计变量是目标中控制微分方程的定义区域,即形成所谓可动边界问题。只有在特别简单的区域形状中,才能对给定区域形状和边界条件的微分方程得到解析解。因此,实现连续体结构的形状优化的问题并没有真正得到解决。结构优化