基于拓扑优化的结构振动设计与多体系统设计

发布时间：2020-12-29 05:01

　　在工程领域,结构因设计不足而发生振动破坏的现象时有发生。为保证振动结构的安全性,提高其动力学性能以满足各类工程需求显得十分必要,而拓扑优化作为一种主动设计结构性能参数的系统方法,在降低成本和提高材料利用率的同时能实现一定约束下结构性能的最优设计。本文首先分别以结构动态柔顺性和加权基础频率为优化目标,以变密度法为优化方法,对在不同维数和边界条件下的结构的拓扑表现及相应的结构性能进行了讨论,接着以特殊加权形式的组合柔度指数为目标函数,进行了某工程相关的飞行结构的数值优化试验。通过工程实例与理论研究高度结合,探究符合工程实际的设计方法。另外,随着柔性多体动力系统的广泛应用,为提高其质量载荷输出比和敏捷度,本文对动力系统进行了拓扑优化研究。首先,利用MATLAB和Python在ABAQUS下的二次开发等技术,基于共转理论和等效静态载荷法,成功将非线性多体系统动力学分析与线性静态多工况拓扑优化问题结合,实现了运动仿真与结构设计一体化,并通过三维曲柄滑块机构的优化算例证明了优化流程的可行性以及解决复杂问题的可靠性。接着利用柔性多体动力系统的拓扑优化方法,对工程中可展开结构的折叠杆运动机构进行轻量化... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 结构优化理论和方法
        1.2.1 结构优化方法类别
        1.2.2 拓扑优化方法
    1.3 结构动力学优化设计现状与发展动态分析
    1.4 本文研究内容与结构框架
2 结构振动问题的拓扑优化设计
    2.1 结构动态柔顺性设计
        2.1.1 问题描述
        2.1.2 动态柔顺性最小化拓扑优化列式与灵敏度分析
        2.1.3 局部模态问题与插值模型修正
        2.1.4 数值算例
    2.2 结构本征频率设计
        2.2.1 问题描述
        2.2.2 基础频率最大化拓扑优化列式与灵敏度分析
        2.2.3 二维结构基础频率最大化设计
        2.2.4 三维结构基础频率最大化设计
    2.3 结构组合柔度指数设计
        2.3.1 组合柔度指数
        2.3.2 飞行结构有限元模型
        2.3.3 拓扑优化设计
    2.4 小结
3 柔性多体动力系统拓扑优化研究
    3.1 研究思路概述
    3.2 多体系统动力学
        3.2.1 基于共转理论的坐标矢量表达
        3.2.2 多体系统动力学方程
    3.3 多体系统拓扑优化
        3.3.1 等效静载法
        3.3.2 基于等效静载法的拓扑优化列式
        3.3.3 多体系统拓扑优化流程
    3.4 数值算例
    3.5 小结
4 可展开结构动力学拓扑优化设计
    4.1 研究背景
    4.2 铰接式伸展臂结构
    4.3 动力学分析与拓扑优化设计
        4.3.1 有限元模型
        4.3.2 基于等效静态载荷法的拓扑优化设计
        4.3.3 改进构型设计与校核
    4.4 小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]多体系统轨迹跟踪的瞬时最优控制保辛方法[J]. 彭海军,李飞,高强,陈飙松,吴志刚,钟万勰.  力学学报. 2016(04)
[2]基于等效静态载荷法的高速轻载机器人的结构动态优化设计[J]. 黄宇涵,杨志军,蔡铁根,陈超然.  工具技术. 2016(04)
[3]基于RAMP密度-刚度插值格式的结构拓扑优化[J]. 罗震,陈立平,黄玉盈,张云清.  计算力学学报. 2005(05)



本文编号：2945058