發(fā)布時(shí)間：2020-06-05 01:22

【摘要】：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程通常是在方案比較基礎(chǔ)上確定結(jié)構(gòu)布局(拓?fù)湫问?后,詳細(xì)設(shè)計(jì)零部件的尺寸和形狀。形狀和尺寸優(yōu)化通過(guò)設(shè)計(jì)部件尺寸和邊界形狀實(shí)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(yùn)動(dòng)方式,布局對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響更重要。拓?fù)鋬?yōu)化通過(guò)設(shè)計(jì)材料在一定區(qū)域內(nèi)的合理布置,在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形狀和尺寸的同時(shí)設(shè)計(jì)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(wèn)題。由于拓?fù)涿枋鲆约皢?wèn)題求解等方面的困難,拓?fù)鋬?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(duì)結(jié)構(gòu)剛度、自振頻率等性能優(yōu)化問(wèn)題,建立了基于微結(jié)構(gòu)的拓?fù)涿枋龇椒?包括均勻化化方法、SIMP方法等)以及邊界移動(dòng)方法(幾何方法)(包括泡泡法,拓?fù)鋵?dǎo)數(shù)方法等)。新發(fā)展的水平集方法也屬于邊界移動(dòng)方法。應(yīng)用或建立了數(shù)學(xué)規(guī)劃法、遺傳算法、進(jìn)化算法等拓?fù)鋬?yōu)化問(wèn)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(shí)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?fù)鋬?yōu)化(例如最佳散熱結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化)具有不同的問(wèn)題提法。因此,針對(duì)不同的物理問(wèn)題,研究其相應(yīng)的拓?fù)鋬?yōu)化問(wèn)題的提法成為重要的研究課題。另一方面,問(wèn)題性質(zhì)不同,其求解方法各異。發(fā)展有效的拓?fù)鋬?yōu)化求解方法也具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。 本文在系統(tǒng)地總結(jié)了優(yōu)化研究的發(fā)展歷史、拓?fù)鋬?yōu)化的已有理論和方法的基礎(chǔ)上,開(kāi)展了拓?fù)鋬?yōu)化問(wèn)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(jì)、散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及柔性機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等的拓?fù)鋬?yōu)化問(wèn)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(diǎn),并提出了基于水平集算法的改進(jìn)方法。主要包括以下內(nèi)容。 基于柔順性密度的拓?fù)鋬?yōu)化方法(第3章):常規(guī)的拓?fù)鋬?yōu)化是在給定設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)通過(guò)設(shè)計(jì)材料的分布獲得結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫问?而設(shè)計(jì)區(qū)域的尺寸和形狀對(duì)結(jié)構(gòu)的拓?fù)溆兄匾�影響。本文研究了結(jié)構(gòu)拓?fù)渑c設(shè)計(jì)域尺寸協(xié)同設(shè)計(jì)問(wèn)題,提出了基于平均柔順性密度的拓?fù)鋬?yōu)化方法。建立了以最小平均柔順性密度為目標(biāo)的同時(shí)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)拓?fù)湫问矫枋鰠��?shù)和設(shè)計(jì)域尺寸的拓?fù)鋬?yōu)化問(wèn)題的數(shù)學(xué)提法和求解方法。針對(duì)狹長(zhǎng)結(jié)構(gòu)這一常規(guī)拓?fù)鋬?yōu)化方法難以求解的問(wèn)題,提出了最優(yōu)基本結(jié)構(gòu)組裝的拓?fù)鋬?yōu)化思想。并采用所建立的方法,同時(shí)設(shè)計(jì)材料分布和設(shè)計(jì)域的尺寸(長(zhǎng)寬比),獲得了平均柔順性密度最小的基本結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫问?成功地求解了狹長(zhǎng)懸臂梁拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。分析了不同荷載組合(彎矩與剪力的相對(duì)大小)等參數(shù)對(duì)基本結(jié)構(gòu)拓?fù)湫问降挠绊�。獲得的拓?fù)湫问角逦�、�?jiǎn)單,因而易于制造。 基于改進(jìn)的水平集模型的拓?fù)鋬?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(diǎn)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?fù)鋬?yōu)化本質(zhì)[92，93]，拓?fù)鋬?yōu)化尋優(yōu)的過(guò)程是使設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)部應(yīng)變能的均勻分布。最終得到一個(gè)新的拓?fù)洌瑢?shí)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?fù)鋬?yōu)化的基本過(guò)程為了說(shuō)明基于有限元分析的連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的具體實(shí)施過(guò)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(jiǎn)要說(shuō)明拓?fù)鋬?yōu)化的方法的原理和基本實(shí)施過(guò)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(guò)試驗(yàn)確定。但是，對(duì)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(lái)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(cè)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(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2005
【分類號(hào)】：TH112

【引證文獻(xiàn)】

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2 張永存;劉書(shū)田;;最優(yōu)傳熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型[J];自然科學(xué)進(jìn)展;2008年06期

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2 張琳琳;成云;李曉陽(yáng);;基于ANSYS的散熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析[A];北京力學(xué)會(huì)第19屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2013年

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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(jì)[D];大連理工大學(xué);2008年

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5 李玉霞;刮板輸送機(jī)軌座的拓?fù)鋬?yōu)化分析[D];河北工業(yè)大學(xué);2006年

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

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9 周亮;機(jī)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(hào)：2697274