基于多相材料的连续体结构拓扑优化研究

发布时间：2020-05-07 01:19

【摘要】：连续体结构拓扑优化的研究是为了实现减轻结构自重、改善结构应力传递、节约施工成本等目标。但是其理论和计算都处于发展阶段,还有诸多方面需要探究和改进。本文主要对多相材料连续体结构拓扑优化问题进行研究。首先通过采用密度惩罚法中的SIMP插值模型进行结构优化,对算例的优化结果进行分析并确定SIMP插值模型惩罚因子的取值范围。其次研究多相材料插值方法,并且建立针对于多相材料连续体拓扑优化问题下的广义SIMP插值模型;改进目标函数过滤技术,并对相对密度和灵敏度进行过滤,从而很好地解决和抑制棋盘格等数值不稳定问题;通过对悬臂梁结构的优化分析,得到不同材料之间的搭配对目标函数的影响;通过对简支梁结构的优化分析,得到不同荷载作用下对结构优化的影响;通过对结构单元尺寸的改变,得到单元尺寸不同对结构优化结果的影响;并根据多相材料中各种材料的分布情况,找到结构内各部位应力水平高低的分布规律。然后为了满足工程实际需要,在初始设计域中引入空洞单元,通过对含有不同空洞单元的悬臂结构进行优化,对优化结果进行分析研究,得到不同位置、不同形状、不同大小的空洞单元对优化形状、目标函数等结果的影响;将空洞单元引入到工程实例中,对不同形式的斜拉桥桥塔进行结构优化时引入空洞单元,将得到的优化结果和现有工程结果进行对比,分析优化结果的科学性和实用性。最后将多相材料连续体结构优化研究应用于桥梁结构优化中,对上承式拱桥、中承式拱桥、下承式拱桥进行优化分析。通过改变材料种类、荷载类型、材料配比等可能对结果产生影响的参数,得到不同的优化结果,使得结构优化研究能够更加灵活的与实际工程相结合,通过不同的参数调整,得到满足工程实际的理想优化模型。
【图文】：

流程图,结构设计,流程图,规范标准

第一章绪论工水平和工艺的不断提高，对于目前的工程施加合理，使结构整体的稳定性、安全性满足规重考虑的问题[1]。设计人员首先进行包括施工工艺、材料选择、对结构的刚度、强度、稳定性进行分析计算，果不满足规范标准所规定的要求，需要对设计要求[2]。这种传统的设计过程通常也只能起到小。

示意图,示意图,结构形状,尺寸优化

长安大学硕士学位论文发展进程和难易程度，结构优化有三个阶段：尺寸优化、尺寸优化：主要通过调节杆件、梁体结构的横截面积、板善结构性能的设计方法，，其具有的特点是求解过程不复杂来。（2）形状优化：仅仅在结构形状和尺寸发生改变的情形状。对于连续体结构通常用一组函数来表示结构形状，整结构形状的改变，对于桁架结构通常通过调整节点坐标优化：在设计域内寻找空洞单元和实体单元之间的最合理是寻找节点位置、杆件连接方式等的最合理布局问题。对种材料的最优分布问题[7]。结构优化的三个阶段如图 1.2
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB34

【参考文献】