文档介绍：大连理工大学
硕士学位论文
考虑翘曲变形的梁截面拓扑优化设计
姓名:安晓敏
申请学位级别:硕士
专业:工程力学
指导教师:刘书田
20050601
摘要现代工业、国防科技的迅猛发展,对产品结构提出了越来越高的要求。设计者希望运用更理性的手段设计新产品,这仅仅依靠设计者的经验远远不够。因此作为一种概念性设计手段,拓扑优化将起着越来越重要的作用。在航空航天领域,机翼常作为梁结构,其外形轮廓根据气动弹性剪裁设计确定,在结构设计阶段一般不作变动。因此为了减轻结构重量而进行的优化只自诨砟诓拷校渲泻苤匾5囊徊糠钟呕杓剖腔砗峤面内部加筋肋的确定。目前,有关梁的横截面拓扑优化设计的相关工作还不多见,但是这种设计思想对确定横截面上加筋肋方位十分有利,因此本文主要对这一问题进行了较简要综述了拓扑优化的发展现状,较详细地介绍了本文所应用的拓扑优化方法:拓扑优化的均匀化方法和密度惩罚法;由于经典的豪砺酆蚑豪砺劬偕枇航孛嬖诒湫喂程中保持为平面,不考虑截面的翘曲,这种假设不能满足工程实际的需要,因此本文引入并详细介绍了一种考虑翘曲变形的梁理论;以梁的平均柔顺性最小化为目标函数,材料用量为约束条件建立了梁截面拓扑优化模型,编制程序实现了梁截面的拓扑优化技术,并通过典型算例验证了程辛说湫土汉峤孛娴耐仄擞呕杓疲⑼ü扑愠銎矫媲糖灰频木咛迨验证了:同等条件下,本文所得到的双工字粱截面比工程中常用的单工字梁截面翘曲程度小;并用砑辛私徊降难橹ぁ迪至硕喙た鱿铝航孛娴耐仄擞呕杓疲⑶已橹ち私峁恼沸浴攵缘湫臀侍獾纳杓平峁冉狭吮疚姆椒ㄓ胛J欢嗟奈南字刑峁┑姆法。发现本文的优化模型比文献:懈龅哪P途哂懈蟮氖涤眯浴T蛟谟诒疚牡挠呕椒能够将截面的所有刚度参数羟懈斩龋垢斩取⑼淝斩取⑴ぷ8斩考虑在内,而文献则只考虑了弯曲刚度和扭转刚度:缘湫偷姆苫砗峤孛姹判辛送仄擞呕杓疲っ鞅疚牡姆椒芄挥行У匮详细地探讨和研究。具体工作如下:序的可靠性;找到机翼剖面内加筋肋的方位。..
关键词:拓扑优化:梁:横截面:翘曲变形:柔顺性本文工作得到国家自然科学基金重点项目嗪牛、重大研究计划项目号:约敖逃俊靶率兰陀判闳瞬拧迸嘌苹淖手考虑翘曲变形的梁截面拓扑优化设计
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作者签名:——日期:独创性说明或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究作者郑重声明:本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果,也不包含为获得大连理工大学所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。
引言题、实体问题。另一类是离散体结构拓扑优化,包括桁架、刚架等。应力约束、应变约束、自振频率约束、材料用量约束杓凭哂凶畲蟾斩鹊慕峁梗共领域,尤其是航空航天领域,很多装鼍的零部件都不是粗笨的实体结构,而是轻巧的空大连理工大学硕士学位论文在社会生产生活的各个行业里,提高产品性能降低产品成本是一个永恒不变的主题。尤其是在对结构性能要求极为苛刻的国防科技和航空航天领域里,降低微小的重量即是对现有结构整体性能的极大改进。那么,通过怎样的手段可以减轻结构重量、提高结构性能谡庋氖导室G笾拢峁褂呕杓朴υ硕D壳埃诟鞲鲂幸道铮圆进行结构优化设计已经成为产品设计中至关重要的一个环节。结构优化设计可大致分为三个层次:尺寸优化、形状优化和拓扑优化。尺寸优化是在优化设计中,以结构的尺寸参数为设计变量,例如桁架的横截面尺寸、板的厚度,在满足一定的边界条件和约束条件下,寻求一组最优的尺寸参数使结构性能的某种指标达到最优;形状优化是在优化设计中,通过改变结构的边界形状来改善结构的某种性能指标;拓扑优化则是寻找结构的某种布局,例如连续体结构内孔洞的有无,孔洞的数量和位置,桁架结构中杆件的有无和各杆件间的连接方式,以此来设计新结构或提高原有结构的性能。本文所讨论的范畴属于连续体结构的拓扑优化设计。在拓扑优化领域,按所研究的结构形式来分类,主要有两大类,一类是连续体结构拓扑优化,包括平面问题、板壳问连续体结构拓扑优化设计,通常是在给定外载荷情况下,在一定的约束条件下料在给定设计区域内,某些区域保留,某些区域去除形成孔洞,从而得到结构的最优拓扑。连续体结构拓扑优化设计在进行优化之前需要对结构进行有限元离散,并在每次优化迭代之前进行有限元分析。优化的具体流程如图尽本文的研究对象是梁的横截面,目的是对其进行拓扑优化研究。其研究背景是:在以往的研究工作中,有关梁的优化方面的工作主要集中在梁截面的尺寸优化、形状优化以及在梁的纵