文档介绍：河海大学
硕士学位论文
拓扑优化理论及其在水工闸门优化设计中的应用
姓名:肖卫华
申请学位级别:硕士
专业:水工结构工程
指导教师:苏超
20070522
摘要拓扑优化设计就是寻找结构的刚度在设计空间里的最佳分布形式或结构的最优“传力路径”,从而达到优化结构的某些性能或减轻结构重量。随着形状优化和尺寸优化设计的不断成熟与完善,拓扑优化逐渐成为结构优化设计的研究热点与难点问大家都知道,如果在结构设计一开始的概念设计阶段中就没有得到结构的最优拓扑形状,即使后续的形状优化设计和尺寸优化设计做得最好,也不可能得到结构的最优设计方案。因此,本文尝试性地将拓扑优化理论引入到水工闸门的优化设计中来,旨在在水工闸门的概念设计阶段就能得到其最优拓扑形式。主要研究工作有:诠惴涸亩凉谕馕南椎幕∩希粤褰峁沟耐仄擞呕砺圩髁私衔深入的学习与研究,对常用的拓扑优化方法及其数学模型及优缺点做了探讨与比较,訟问镅晕;。訟有限元软件进行二次开发,自行研发出结构拓扑优化程序,并以不同工况下桁架结构的算例验证了其正确性。云矫嬲腿峁沟挠呕杓品直鸫蟮ㄒ胪仄擞呕砺郏⒍优化结果进行拟合与应力校核,验证了拓扑优化理论在水工闸门中应用的可行性。越峁垢8丛拥幕⌒握⒚乓渤⑹孕缘刈隽送仄擞呕杓疲⑼ü杂呕结果的变形分析与应力校核,表明结构应力分布均匀,能够更好地发挥各部位材料的最佳性能。关键词:结构拓扑优化、⑵矫嬲⒚拧⒒⌒握⒚拧⒂呕杓题。同时也是当今世上最具有挑战性的研究课题。对拓扑优化过程中常出现的问题进行了探讨,并提出了各自的解决方案。
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羽擗垒笙茵苞墨笙阳哆年路娜学位论文独创性声明:本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。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过的研究成果。与我一同工作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。如不实,本人负全部责任。论文作者┟:学位论文使用授权说明河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊馀贪电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电子文档,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外,允许论文被查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布ǹ授权河海大学研究生院办理。ⅲ菏中辞妆是┟
第一章绪论§引言§结构拓扑优化的研究进展的一些错误;訫桁架的唯一性以及杆件的正交性作了讨论,并作首次进行了应力约束下桁架的基本拓扑分析。年’悃解析法得到质量最结构优化是从世纪年代随着计算机技术和有限元方法迅速发展起来的一个力学分支,研究为工程师提供可靠、高效的方法来改进结构设计。通常将结构优化设计按设计变量的类型划分为三个层次:拓扑优化⑶曳直鸲杂Σ返母拍钌结构形状优化的理论和算法已经基本建立,但算法在应用中的效率和稳定性还有待进一步提高,结构拓扑优化却因其描述及算法的复杂性,而成为近年来结构优化领域中拓扑优化在国外起步较早,在世纪初就己开始研究,在国内却直到上世纪年代才开始涉入此课题的研究,目前尚处于起步阶段。结构拓扑优化的研究历史是从桁架结构开始的,最早可追溯到年轻体形最优的桁架应满足的条件,即荚颍馐峭仄擞呕煊蛑械睦锍瘫但是,岢龅蔫旒芾砺壑荒苡糜诘スた霾⒁览涤谘≡袷实钡挠Ρ涑。⒉荒应用于工程实际。在此之后,直到世纪年代,才取得重要进展,但都是以准则为基础。证明了旒芡币彩亲钚∪岫壬杓疲籋【康冉荚蛲乒愕礁斩取⒍Σ问际约胺窍咝缘惹榭觯籋玸似渲了进一步的修正,并对多种边界条件下的旒芨霾煌木咛褰峁剐问健T此同时,人们在不断地努力寻找各种情况下旒艿慕馕鼋狻芯苛旒艿那蠼夥椒ú⒏隽艘恍┲匾=獯穑籇和使用最速下降法求解多工况应力约束下桁架结构的拓扑优化;和捎梅种Χń绶ㄇ蠼庠谟力和位移两类约束下桁架结构在多工况作用下的最优拓扑;王光远等提出了结构拓扑优化的两相法;针对离散结构的拓扑优化问题,提出了一种两阶段算法;—垦芯苛嗽谝桓黾辛ψ饔孟拢毕咧С疟呓缁蛄礁鱿嘟恢С疟呓纾蚴⑿巫从呕统叽缬呕计、基本设计和详细设计阶段。目前,结构尺寸优化的理论和工程应用已经比较成熟,最具有挑战性的热点与难点课题,且在理论、模型和算法上都还处于探索阶段。结构河海大学硕士学位论文
四边形设计域时四边全支撑等情况下的旒艿慕獯稹4撕驛.,瓹和也分别对较难给出拓扑优化解的情况,如矩形设计域一短边被约束,另一短边受一集中力时寻求拓扑优化解,给出部分解答;周克民在旒苤腥谌有限单元法,随着有限元法,数学规划法及计算机科学的引入和高速发展,结构拓扑优化的研究得到了更进一步的发展。然而真率雇仄擞呕哂锌刹僮餍缘难芯抗ぷ魇年等人提出的基结构法,将数值方法引入拓扑优化领域,拓扑优化研究丌