机械结构拓扑优化设计实例研究
发布时间：2020-09-25 15:45
机械结构拓扑优化设计是在保证正常使用功能的前提下,从结构中逐步删除无效的单元,使结构的剩余形状进化到一个最佳结构,使每一部分的应力或应变接近于相同的安全水平。也就是在满足一定的约束条件下,追求例如经济最好,重量最轻,体积最小或寿命最长等目标。传统的结构优化通常是将一个或者几个参数确定为主要优化目标,而其它参数响应就成为一种约束,只能达到符合要求的程度。随着计算机的发展和分析效率的不断提高,引入拓扑优化的反馈机制将分析信息直接应用与指导设计,提高设计效率。 首先,用基本渐进结构拓扑优化方法对各类梁进行拓扑优化实例设计,得到梁的最佳结构,并分别用变分方法得到梁的优化设计曲线线型,把设计的最佳模型和理论线型进行比较,证明了拓扑优化的可行性。 其次,用双向渐进结构拓扑优化方法对各类梁进行拓扑优化实例设计,并与基本渐进结构所得模型比较并证明其可行性和更优性。对多载荷情况下进行渐进结构拓扑优化设计并与实际应用模型比较。 最后,用上述方法对工程中的实际例子轮毂进行分析,首先在UG中建立轮毂模型并在ANSYS中利用渐进结构拓扑优化程序进行优化设计,得到车轮轮辐在径向和弯曲载荷下的优化模型。得到轮辐在4次、5次或6次不同时刻不同位置加载径向力下的模型并进行比较。
【学位单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：TH122
【部分图文】：
图3.2悬臂梁进化历程Fig.3· 2TheevolutionaryhistoryoftheeantUeverbeam图3.2显示了进化历史的不同阶段。每一副图显示一定删除率尺尺的稳态，当删除率增加时，从结构中删去越来越多的相对于无效的材料。图3.3、3.4显示了最大最小应力和平均 VonMiseS应力的进化历程和体积的变化历程。6040一 一-今 今劝劝一一-令--一-令‘ ---自自.二曰……日 日250000200000150000100000500000二二 二’ ’~~嗽嗽~~~啥 啥BR二0肠5肠10，15肠20肠 05101520图3.3最大应力和平均应力进化过程 Fig.3.3Theevolutionaryhistoriesofthe MaximumstressandA澎 eragestress图3.4体积减少历程 Fig.3.4Theevolutionaryhistoryof theredueingoftheVOlume由上图3.4所示的优化结构的体积为初始体积的50%，优化结果与理论分析所得的等强度梁结构非常的相似，证明了该方法的有效性。由图3.3可以看出随着删除率的增加模型的最大应力和最小应力都是逐步增加，而体积逐渐减少，当删除率增加到21%，部分不该删除的材料被删除
Fig.3· 2TheevolutionaryhistoryoftheeantUeverbeam图3.2显示了进化历史的不同阶段。每一副图显示一定删除率尺尺的稳态，当删除率增加时，从结构中删去越来越多的相对于无效的材料。图3.3、3.4显示了最大最小应力和平均 VonMiseS应力的进化历程和体积的变化历程。6040一 一-今 今劝劝一一-令--一-令‘ ---自自.二曰……日 日250000200000150000100000500000二二 二’ ’~~嗽嗽~~~啥 啥BR二0肠5肠10，15肠20肠 05101520图3.3最大应力和平均应力进化过程 Fig.3.3Theevolutionaryhistoriesofthe MaximumstressandA澎 eragestress图3.4体积减少历程 Fig.3.4Theevolutionaryhistoryof theredueingoftheVOlume由上图3.4所示的优化结构的体积为初始体积的50%，优化结果与理论分析所得的等强度梁结构非常的相似，证明了该方法的有效性。由图3.3可以看出随着删除率的增加模型的最大应力和最小应力都是逐步增加，而体积逐渐减少，当删除率增加到21%，部分不该删除的材料被删除，模型出现不收敛的状态，所以当删除率为20%，模型达到最优结构
Fig.3.4Theevolutionaryhistoryof theredueingoftheVOlume由上图3.4所示的优化结构的体积为初始体积的50%，优化结果与理论分析所得的等强度梁结构非常的相似，证明了该方法的有效性。由图3.3可以看出随着删除率的增加模型的最大应力和最小应力都是逐步增加，而体积逐渐减少，当删除率增加到21%，部分不该删除的材料被删除，模型出现不收敛的状态，所以当删除率为20%，模型达到最优结构，其质量最小。一22
本文编号：2826759
【学位单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：TH122
【部分图文】：
图3.2悬臂梁进化历程Fig.3· 2TheevolutionaryhistoryoftheeantUeverbeam图3.2显示了进化历史的不同阶段。每一副图显示一定删除率尺尺的稳态，当删除率增加时，从结构中删去越来越多的相对于无效的材料。图3.3、3.4显示了最大最小应力和平均 VonMiseS应力的进化历程和体积的变化历程。6040一 一-今 今劝劝一一-令--一-令‘ ---自自.二曰……日 日250000200000150000100000500000二二 二’ ’~~嗽嗽~~~啥 啥BR二0肠5肠10，15肠20肠 05101520图3.3最大应力和平均应力进化过程 Fig.3.3Theevolutionaryhistoriesofthe MaximumstressandA澎 eragestress图3.4体积减少历程 Fig.3.4Theevolutionaryhistoryof theredueingoftheVOlume由上图3.4所示的优化结构的体积为初始体积的50%，优化结果与理论分析所得的等强度梁结构非常的相似，证明了该方法的有效性。由图3.3可以看出随着删除率的增加模型的最大应力和最小应力都是逐步增加，而体积逐渐减少，当删除率增加到21%，部分不该删除的材料被删除
Fig.3· 2TheevolutionaryhistoryoftheeantUeverbeam图3.2显示了进化历史的不同阶段。每一副图显示一定删除率尺尺的稳态，当删除率增加时，从结构中删去越来越多的相对于无效的材料。图3.3、3.4显示了最大最小应力和平均 VonMiseS应力的进化历程和体积的变化历程。6040一 一-今 今劝劝一一-令--一-令‘ ---自自.二曰……日 日250000200000150000100000500000二二 二’ ’~~嗽嗽~~~啥 啥BR二0肠5肠10，15肠20肠 05101520图3.3最大应力和平均应力进化过程 Fig.3.3Theevolutionaryhistoriesofthe MaximumstressandA澎 eragestress图3.4体积减少历程 Fig.3.4Theevolutionaryhistoryof theredueingoftheVOlume由上图3.4所示的优化结构的体积为初始体积的50%，优化结果与理论分析所得的等强度梁结构非常的相似，证明了该方法的有效性。由图3.3可以看出随着删除率的增加模型的最大应力和最小应力都是逐步增加，而体积逐渐减少，当删除率增加到21%，部分不该删除的材料被删除，模型出现不收敛的状态，所以当删除率为20%，模型达到最优结构
Fig.3.4Theevolutionaryhistoryof theredueingoftheVOlume由上图3.4所示的优化结构的体积为初始体积的50%，优化结果与理论分析所得的等强度梁结构非常的相似，证明了该方法的有效性。由图3.3可以看出随着删除率的增加模型的最大应力和最小应力都是逐步增加，而体积逐渐减少，当删除率增加到21%，部分不该删除的材料被删除，模型出现不收敛的状态，所以当删除率为20%，模型达到最优结构，其质量最小。一22
【引证文献】
相关硕士学位论文 前1条
1 杨小娟;连续体结构拓扑优化设计方法研究[D];东北大学;2010年
本文编号：2826759
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