基于移动可变形组件框架的拓扑优化方法

发布时间：2017-10-25 13:01

  本文关键词：基于移动可变形组件框架的拓扑优化方法

  更多相关文章： 拓扑优化 移动可变形组件(MMC)法 灵敏度分析 二维优化 三维优化

【摘要】：旨在寻求材料最优分布的拓扑优化设计现已成为创新设计方法的重要组成部分,受到了工业领域的广泛关注。社会经济的持续健康发展,人们对工业产品的优化需求越来越大。传统的拓扑优化方法致力于理论方法研究,由于受到方法自身的隐式几何特征的限制,在优化成果转化为实际产品的进程中,转化结果不尽如人意。鉴于传统拓扑优化方法的部分不足之处,本文进行了如下的几点研究。首先,系统地介绍了移动可变形组件(MMC)拓扑优化框架的基本内容。从数学上严格给出了组件的一般定义、组件的移动变形机制以及拓扑变化的描述。其次,基于MMC框架,本文提出了一种新的二维拓扑优化方法。该方法引入了更具几何造型能力的组件以及替代材料,改进了已有MMC框架下的方法,提高了优化效率。本文给出了该框架下的优化列式以及灵敏度分析,最后通过大量数值算例验证了该方法的有效性及高效性。最后,本文提出了一种基于MMC框架的新的三维拓扑优化方法。首次将MMC拓扑优化框架应用于三维优化问题的求解。该方法引入了不同形式的三维组件,结构拓扑的描述完全不依赖于有限单元数／有限差分节点数,减少了设计变量,提高了优化效率。本文给出了该方法的理论推导,并通过大量数值算例验证了该方法的可行性。本文采用理论分析与数值计算相结合的研究方法,基于MMC框架,提出了平面及空间拓扑优化方法。通过优化带有显式几何信息的组件的布局来达到拓扑优化的目的。
【关键词】：拓扑优化 移动可变形组件(MMC)法 灵敏度分析 二维优化 三维优化
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH122
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-12
• 1.1 结构拓扑优化背景介绍9-10
• 1.2 传统拓扑优化方法的不足10-11
• 1.3 本论文研究内容与章节安排11-12
• 2 移动可变形组件法描述12-17
• 2.1 组件描述12-13
• 2.2 移动变形的实现13-14
• 2.3 拓扑变化描述14-17
• 3 基于移动可变形组件的二维拓扑优化设计17-33
• 3.1 二维组件描述18-20
• 3.2 MMC框架下的二维结构拓扑优化列式20-21
• 3.3 二维有限元分析21-22
• 3.4 灵敏度分析22-23
• 3.5 数值算例23-32
• 3.5.1 短板算例23-25
• 3.5.2 MBB梁算例25-27
• 3.5.3 拱桥算例27-29
• 3.5.4 柔顺机构算例29-32
• 3.6 本章小结32-33
• 4 基于移动可变形组件的三维拓扑优化设计33-61
• 4.1 三维组件描述34-37
• 4.2 MMC框架下的三维结构拓扑优化列式37-38
• 4.3 三维有限元分析38-40
• 4.4 灵敏度分析40
• 4.5 数值算例40-60
• 4.5.1 三维MBB梁算例41-46
• 4.5.2 下颌骨重构算例46-50
• 4.5.3 三维拱桥算例50-53
• 4.5.4 三维柔顺机构算例53-57
• 4.5.5 加筋板设计算例57-60
• 4.6 本章小结60-61
• 结论61-62
• 参考文献62-65
• 附录A 变分项的表达形式65-67
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况67-68
• 致谢68-69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 郭中泽;张卫红;陈裕泽;;结构拓扑优化设计综述[J];机械设计;2007年08期

2 周克民,李俊峰,李霞;结构拓扑优化研究方法综述[J];力学进展;2005年01期

3 Ole Sigmund;;Manufacturing tolerant topology optimization[J];Acta Mechanica Sinica;2009年02期

4 ;Recent development in structural design and optimization[J];Acta Mechanica Sinica;2010年06期

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本文编号：1093810