双向渐进稳健拓扑优化方法研究

发布时间：2022-11-05 14:30

　　随着增材制造技术的兴起,拓扑优化成为结构优化的重要工具。它是在给定的载荷与边界条件下,寻求最优的孔洞数目及其分布形式,使得结构的性能达到最优,其应用范围涵盖航空、航天、船舶以及高铁等诸多领域。工程实际中存在着各种各样的不确定性,而这些不确定性只能尽量减小但无法避免。多种不确定性因素耦合在一起将会产生较大的偏差。本文将结构设计中的拓扑优化技术与不确定性分析相结合,采用边界光滑的双向渐进拓扑优化（Bi-directional Evolutionary Topology Optimization,BETO）方法,开展了连续体、周期性连续体、各向同性材料以及多层级结构的稳健拓扑优化方法研究。主要工作如下:首先,提出了一种基于正交分解（Orthogonal Decomposition）与均匀采样（Uniform Sampling）的不确定性分析方法（简称ODUS）,克服了现有区间量化方法处理载荷不确定性时存在推导复杂、计算效率低、难以得到显式敏度信息等难题。采用正交分解技术,将载荷不确定性变量分离为若干个与有限元分析无关的系数,节约了量化不确定性过程中的计算成本;通过均匀采样技术,将原始的不确定... 

【文章页数】：145 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题来源、背景与意义
    1.2 结构拓扑优化方法研究综述
    1.3 结构稳健拓扑优化方法研究综述
    1.4 现状总结与问题分析
    1.5 本文主要工作与组织结构
2 双向渐进拓扑优化方法
    2.1 引言
    2.2 边界光滑的BETO方法
    2.3 基于BETO的结构拓扑优化模型
    2.4 敏度分析与设计变量更新
    2.5 实例计算与结果分析
    2.6 本章小结
3 连续体结构稳健拓扑优化
    3.1 引言
    3.2 基于BETO的结构稳健拓扑优化模型
    3.3 ODUS不确定性分析方法
    3.4 敏度分析与设计变量更新
    3.5 实例计算与结果分析
    3.6 本章小结
4 周期性连续体结构稳健拓扑优化
    4.1 引言
    4.2 基于BETO的周期性结构稳健拓扑优化模型
    4.3 敏度分析与算法流程
    4.4 实例计算与结果分析
    4.5 本章小结
5 各向同性材料微结构稳健拓扑优化
    5.1 引言
    5.2 各向同性材料拓扑优化设计理论
    5.3 基于BETO的各向同性材料微结构稳健拓扑优化模型
    5.4 多项式混沌展开法
    5.5 敏度分析与算法流程
    5.6 实例计算与结果分析
    5.7 本章小结
6 多层级结构稳健拓扑优化
    6.1 引言
    6.2 基于BETO的多层级结构稳健拓扑优化模型
    6.3 敏度分析与算法流程
    6.4 实例计算与结果分析
    6.5 本章小结
7 总结与展望
    7.1 全文总结
    7.2 创新之处
    7.3 工作展望
致谢
参考文献
附录Ⅰ 攻读博士学位期间发表学术论文
附录Ⅱ 攻读博士学位期间申请专利


【参考文献】：
期刊论文
[1]拓扑优化在飞机舱门摇臂结构设计中的应用[J]. 邢本东,王福雨,王向明.  计算机辅助工程. 2018(Z1)
[2]拓扑优化与增材制造结合:一种设计与制造一体化方法[J]. 刘书田,李取浩,陈文炯,张永存.  航空制造技术. 2017(10)
[3]拓扑优化方法在航空用钣金零件设计中的应用[J]. 王凤.  航空制造技术. 2017(Z1)
[4]负泊松比负热膨胀超材料微结构拓扑优化设计[J]. 王昱,吕恩利,王亚娟,王飞仁,林小娟.  上海理工大学学报. 2016(06)
[5]航天器整体式多组件结构拓扑优化设计与应用[J]. 朱继宏,高欢欢,张卫红,周莹.  航空制造技术. 2014(14)
[6]多输入多输出柔顺机构几何非线性拓扑优化[J]. 李兆坤,张宪民.  机械工程学报. 2009(01)
[7]一种改进的结构拓扑优化水平集方法[J]. 荣见华.  力学学报. 2007(02)
[8]基于水平集方法和von Mises应力的结构拓扑优化[J]. 庄春刚,熊振华,丁汉.  中国机械工程. 2006(15)
[9]结构动力学设计优化方法的新进展[J]. 顾松年,徐斌,荣见华,姜节胜.  机械强度. 2005(02)
[10]采用非协调元的连续体拓扑优化设计[J]. 袁振,吴长春.  力学学报. 2003(02)

博士论文
[1]改进的参数化水平集拓扑优化方法与应用研究[D]. 李好.华中科技大学 2016

硕士论文
[1]基于可移动变形组件法的结构多尺度优化研究[D]. 王冲.大连理工大学 2017
[2]考虑载荷大小和方向不确定性的连续体结构拓扑优化[D]. 王尚.大连理工大学 2015



本文编号：3702778