發(fā)布時間：2020-06-05 01:22

【摘要】：結(jié)構(gòu)設(shè)計過程通常是在方案比較基礎(chǔ)上確定結(jié)構(gòu)布局(拓撲形式)后,詳細設(shè)計零部件的尺寸和形狀。形狀和尺寸優(yōu)化通過設(shè)計部件尺寸和邊界形狀實現(xiàn)在一定結(jié)構(gòu)布局下的性能優(yōu)化。結(jié)構(gòu)布局決定了力、熱等的傳輸路徑以及運動方式,布局對結(jié)構(gòu)性能的影響更重要。拓撲優(yōu)化通過設(shè)計材料在一定區(qū)域內(nèi)的合理布置,在設(shè)計結(jié)構(gòu)形狀和尺寸的同時設(shè)計結(jié)構(gòu)的布局,能夠獲得比形狀和尺寸優(yōu)化更大的優(yōu)化效益,因而成為優(yōu)化研究者和工程師廣泛關(guān)注的問題。由于拓撲描述以及問題求解等方面的困難,拓撲優(yōu)化也成為優(yōu)化研究的挑戰(zhàn)性課題。目前的研究主要針對結(jié)構(gòu)剛度、自振頻率等性能優(yōu)化問題,建立了基于微結(jié)構(gòu)的拓撲描述方法(包括均勻化化方法、SIMP方法等)以及邊界移動方法(幾何方法)(包括泡泡法,拓撲導(dǎo)數(shù)方法等)。新發(fā)展的水平集方法也屬于邊界移動方法。應(yīng)用或建立了數(shù)學(xué)規(guī)劃法、遺傳算法、進化算法等拓撲優(yōu)化問題的求解技術(shù)。 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展要求結(jié)構(gòu)在滿足安全性要求的同時還應(yīng)具有良好的熱、電磁等其他物理性能。不同物理性能的拓撲優(yōu)化(例如最佳散熱結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化)具有不同的問題提法。因此,針對不同的物理問題,研究其相應(yīng)的拓撲優(yōu)化問題的提法成為重要的研究課題。另一方面,問題性質(zhì)不同,其求解方法各異。發(fā)展有效的拓撲優(yōu)化求解方法也具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。 本文在系統(tǒng)地總結(jié)了優(yōu)化研究的發(fā)展歷史、拓撲優(yōu)化的已有理論和方法的基礎(chǔ)上,開展了拓撲優(yōu)化問題的提法和求解方法方面的研究。主要研究了剛性結(jié)構(gòu)設(shè)計、散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計以及柔性機構(gòu)設(shè)計等的拓撲優(yōu)化問題的提法、求解方法及其應(yīng)用,分析了水平集方法的優(yōu)缺點,并提出了基于水平集算法的改進方法。主要包括以下內(nèi)容。 基于柔順性密度的拓撲優(yōu)化方法(第3章):常規(guī)的拓撲優(yōu)化是在給定設(shè)計區(qū)域內(nèi)通過設(shè)計材料的分布獲得結(jié)構(gòu)的拓撲形式,而設(shè)計區(qū)域的尺寸和形狀對結(jié)構(gòu)的拓撲有重要影響。本文研究了結(jié)構(gòu)拓撲與設(shè)計域尺寸協(xié)同設(shè)計問題,提出了基于平均柔順性密度的拓撲優(yōu)化方法。建立了以最小平均柔順性密度為目標(biāo)的同時設(shè)計結(jié)構(gòu)拓撲形式描述參數(shù)和設(shè)計域尺寸的拓撲優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)提法和求解方法。針對狹長結(jié)構(gòu)這一常規(guī)拓撲優(yōu)化方法難以求解的問題,提出了最優(yōu)基本結(jié)構(gòu)組裝的拓撲優(yōu)化思想。并采用所建立的方法,同時設(shè)計材料分布和設(shè)計域的尺寸(長寬比),獲得了平均柔順性密度最小的基本結(jié)構(gòu)的拓撲形式,成功地求解了狹長懸臂梁拓撲優(yōu)化設(shè)計問題。分析了不同荷載組合(彎矩與剪力的相對大小)等參數(shù)對基本結(jié)構(gòu)拓撲形式的影響。獲得的拓撲形式清晰、簡單,因而易于制造。 基于改進的水平集模型的拓撲優(yōu)化方法研究(第4章):水平集優(yōu)化方法具
【圖文】：

大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文:=c+、(。一幾)+可(;。一;)+藝招(弋。一x‘)+藝、(x‘一xm。)(210)p(x‘)卜，、‘、獷‘=凡(2.11)根據(jù)最優(yōu)點必須滿足Kulm一Tukcer條件【911，從以上推導(dǎo)，可以得到式(2，11)，即得到拓撲優(yōu)化本質(zhì)[92，93]，拓撲優(yōu)化尋優(yōu)的過程是使設(shè)計區(qū)域內(nèi)部應(yīng)變能的均勻分布。最終得到一個新的拓撲，實現(xiàn)在滿足材料的目的約束下，使結(jié)構(gòu)的剛度最大(柔順性最小)。2.1.3拓撲優(yōu)化的基本過程為了說明基于有限元分析的連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化的具體實施過程，特以一深梁為例，以該結(jié)構(gòu)的柔順性為目標(biāo)函數(shù)，以體積限制為約束條件，簡要說明拓撲優(yōu)化的方法的原理和基本實施過程。

大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文量、等效泊松比、等效熱膨脹系數(shù)等宏觀參數(shù)，可以通過試驗確定。但是，對于圖2.4示的復(fù)合材料，均勻化方法是假定用一種均勻的材料來替代復(fù)合材料，使復(fù)合材料在與均勻材料相同的邊界條件下產(chǎn)生的變形與均勻材料相同。圖2.4復(fù)合材料性能預(yù)測均勻化方法Fig.2.4MaterialPropertiesPerdieationwihtHomogeniaztion基于這種思想，如圖.24示，我們可以得到由這種單胞按周期排列組成的復(fù)合材料的宏觀彈性模量為，二。_土「二，二二_酬一二卿~一咖一畫壽一Pqrt、.rtt與一麗八，際一可州‘(2
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2005
【分類號】：TH112

【引證文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 穆潤青;賈海朋;劉波;郄彥輝;李曉雷;;刮板輸送機輸煤槽拉移耳形狀優(yōu)化[J];煤礦機械;2009年01期

2 張永存;劉書田;;最優(yōu)傳熱結(jié)構(gòu)設(shè)計問題的數(shù)學(xué)模型[J];自然科學(xué)進展;2008年06期

相關(guān)會議論文 前2條

1 賈海朋;劉波;;節(jié)點鄰域進化的水平集結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化[A];力學(xué)與工程應(yīng)用（第十三卷）[C];2010年

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前5條

1 李震;柔性機構(gòu)拓撲優(yōu)化方法及其在微機電系統(tǒng)中的應(yīng)用[D];大連理工大學(xué);2006年

2 王博;蜂窩結(jié)構(gòu)多功能優(yōu)化設(shè)計[D];大連理工大學(xué);2007年

3 張永存;多孔材料傳熱特性分析與散熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[D];大連理工大學(xué);2008年

4 任莉;理想材料零件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[D];大連理工大學(xué);2008年

5 王曉明;特定功能結(jié)構(gòu)的拓撲優(yōu)化[D];大連理工大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前9條

1 張程燮;基于拓撲優(yōu)化的柔順機構(gòu)應(yīng)力強度設(shè)計方法研究[D];東華大學(xué);2011年

2 李赫;某門式刮板取料機金屬結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化[D];吉林大學(xué);2011年

3 張洋;納米定位平臺的拓撲設(shè)計及其集成式閉環(huán)控制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

4 武涵;微硬盤驅(qū)動臂的拓撲優(yōu)化設(shè)計[D];哈爾濱工程大學(xué);2011年

5 李玉霞;刮板輸送機軌座的拓撲優(yōu)化分析[D];河北工業(yè)大學(xué);2006年

6 蔣良杰;連續(xù)體結(jié)構(gòu)及散熱結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化[D];華中科技大學(xué);2006年

7 高永立;基于微注射的微動并聯(lián)機器人機構(gòu)研究[D];北京交通大學(xué);2008年

8 付密果;高速輪胎試驗臺轉(zhuǎn)鼓的振動分析及優(yōu)化設(shè)計[D];吉林大學(xué);2008年

9 周亮;機翼顫振模型主盒段的優(yōu)化方法研究[D];大連理工大學(xué);2012年

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本文編號：2697274