基于动态特性的箱型梁拓扑优化设计
[Abstract]:Box girder structure is a common bearing structure in mechanical equipment. In this paper, based on the theory of variable density method and the theory of variable density method, the dynamic optimization problem of box girder structure is further studied after the static topology optimization problem is analyzed, and its dynamic characteristics are taken into account while the static performance is considered. A new topology is obtained after programming the optimization model. The main contents of this paper are as follows: 1. The topological theory of variable density method is used to construct the relationship between design variables and material properties through the density stiffness interpolation mathematical model, and the mathematical model to describe the topology optimization of box girder structure is established. Different filtering functions are used to solve the numerical problems that often occur in the optimization process. The local modal problems in the dynamic optimization problems are solved by modifying the SIMP model. The iterative calculation of the variables in the optimization process is realized by OC criterion. 3. Based on the finite element method, the mechanical analysis of box girder structure is carried out. The four-node rectangular element and the eight-node cuboid element are used to discretize the two-dimensional and three-dimensional continuum structures respectively. After the overall stiffness and mass matrix are derived, the boundary conditions and load processing methods are analyzed. At the same time, the MATLAB function, vector inverse iteration method and subspace method are used to calculate the low order natural frequency of the structure. 4. For the static optimization problem, the minimum compliance optimization model is established. The optimization problems of two-dimensional and three-dimensional structures are solved by an example, and the penalty factor and filter radius are analyzed. The special topology problems with regular geometric constraints and the topology optimization problems under large-scale meshing are also studied. 5. For dynamic optimization problems, the displacement-fundamental frequency constrained mathematical model is established in static mechanics. An example is given to analyze the variation of displacement, fundamental frequency and structure mass in the process of topology optimization. At the same time, various topology problems are summarized, and a simple interface is designed to facilitate the intuitive and convenient use of the program. The research content of this paper has certain reference value for the static and dynamic topology optimization of the continuum structure. The optimized topology structure can guide the design of the construction machinery related to the box beam structure. Thus, the market competitiveness of this kind of products can be improved.
【学位授予单位】:郑州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TH122
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本文编号:2421328
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