基于筋肋结构的优化设计

发布时间：2020-05-28 19:57

【摘要】：结构优化设计在建筑几何、机械工程、计算机图形学等众多学科领域中都是一个极其重要的问题,一般是指为了满足预定目标(如重量最轻、造价最小、强度最高等),在某些约束条件下(如体积、重量、几何约束等),对结构进行的优化设计。结构优化设计的常见目标之一便是如何设计并优化结构以在尽可能节省材料的基础上满足特定的结构强度要求,文章通过优化筋肋结构来达到这一目的。筋肋结构具有很好的抗弯性,而且不会占用太多的空间,因而一般用来给壳结构做应力加强。虽然该结构在建筑工程中已有大量应用,但对于一个任意的曲面如何生成合理的筋肋网络来达到较好的应力加强效果,仍然是一个较难的问题,文章提出了一个算法来自动生成筋肋网络以加强任意的壳结构。文章的基本思路是沿着曲面的主应力线布置肋条,主应力线反映了物体内部应力的走向,自然地反映了任何结构在给定外力情况下的最佳拓扑结构。给定一个曲面并将其看作一个有厚度的壳结构,在指定外力后对壳进行有限元分析计算其表面的主应力方向,借助这一正交向量场计算一个场方向对齐的全局参数化,并提取一个四边形网格,这样四边形网格的边都沿着曲面的主应力方向,然后通过追踪连续的网格边得到初始的筋肋网络。接下来再对该筋肋结构进行拓扑和几何优化。考虑到初始筋肋网络中可能存在大量冗余的肋条,拓扑优化首先删除对壳贡献度较低的肋条,然后优化余下肋条的位置。几何优化进一步对每根肋条的截面形状进行优化,以用较少的材料达到最好的结构强度,对壳起到最佳的加强效果。文章通过理论分析和物理实验验证了算法的有效性。文章最后对全文进行了总结,并对结构优化设计问题进行了展望。
【图文】：

逦第１章绪邋论逦逡逑第１章绪邋论逡逑结构优化设计（Ｏｐｔｉｍａｌ邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ）在建筑几何、机械工程、计算机逡逑图形学等众多领域都是一个重要的研究热点，在建筑几何中，，存在很多具有美逡逑感、结构强度很高的建筑结构，如图１．１所展示的大楼、体育馆、钢架桥等等，这逡逑些建筑结构一般都是在有了初步想法后设计出雏形，然后经过反复的分析、优逡逑化、改进，直到满足各方面的要求。除了建筑设计，在机械工程中，同样到处存逡逑

就是给一定数量的材料，通过确定这些材料在整个设计域内的空间分逡逑布，使得最终得到的结构在满足条件的前提下达到最大的结构强度。逡逑图１．３展示了一个梁结构在这三个层次下优化前后的结构对比，可以直观地了解逡逑到这三种结构优化的作用效果。逡逑２逡逑
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU318

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 孙维吉;;结构优化设计课程“教与学”模式改革初探[J];教育现代化;2017年51期

2 高兆进;;船舶结构优化设计方法及应用实践微探[J];科技创新与应用;2018年05期

3 王毕;;建筑结构优化设计[J];时代农机;2018年05期

4 葛敬塘;;研究工程结构优化设计的进展[J];居舍;2018年29期

5 陈河水;;建筑结构优化设计与结构措施探讨[J];建材与装饰;2016年40期

6 庞建国;李健;;建筑结构优化设计思考[J];四川水泥;2016年12期

7 李琼;陈尚玲;王万春;;关于工程造价与建筑结构优化设计的关系研究[J];门窗;2016年11期

8 吴文广;;高层建筑结构优化设计[J];江西建材;2017年11期

9 叶勇;;浅析建筑结构优化设计与工程造价间的关系[J];江西建材;2017年21期

10 钱坤;;高层建筑结构优化设计[J];江西建材;2017年20期

相关会议论文 前10条

1 于鹏;李启民;;重力式挡土墙结构优化设计[A];第十一届建筑物改造与病害处理学术研讨会暨第六届工程质量学术会议论文集[C];2016年

2 亢战;;基于凸模型的不确定性结构优化设计[A];第七届海峡两岸工程力学研讨会论文摘要集[C];2011年

3 段永飞;吴先坤;高彦良;霍文营;李谦;;天津某教学楼的结构优化设计[A];第四届全国建筑结构技术交流会论文集（上）[C];2013年

4 董耀e

本文编号：2685752