拓扑优化方法在机械产品设计中的若干关键问题研究

发布时间：2018-03-21 05:09

  本文选题：拓扑优化　切入点：结构优化设计　出处：《合肥工业大学》2012年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：拓扑优化主要研究在给定设计空间、支撑条件、载荷条件等要求下材料的最优分布问题。本文在分析总结相关研究成果的基础上，，以拓扑优化在不同机械结构设计中的若干关键问题研究为主线，以拓扑优化方法的基础理论、常用方法、优化算法、关键问题及应用为提纲进行研究。 论文首先对拓扑优化中常用的材料插值方法进行总结研究，系统分析了均匀化理论和SIMP材料插值方法，推导了基于SIMP方法的拓扑优化模型，得出了基于优化准则法的迭代格式及分析流程。针对机械设计中常见的刚度问题对现有拓扑优化中若干关键问题进行探讨：论文深入分析现有Lagrangian乘子的求解的不足，并提出一种改进Lagrangian乘子的求解法；从理论角度分析了静力学中由多载荷步导致的“病态”载荷现象产生的原因，并采用分布载荷的方法有效的解决这种现象；分析了动力学中局部频率现象产生的原因及对优化的影响，并采用ESO方法有效避免局部载荷现象。本文还针对现代结构设计中的热力学以及渗流力学问题进行了深入的研究探讨，并编制了相关的拓扑优化程序。
[Abstract]:Topology optimization is mainly concerned with the optimal distribution of materials under given design space, support conditions, load conditions, etc. In this paper, based on the analysis and summary of relevant research results, Based on the study of some key problems of topology optimization in different mechanical structure design, the basic theory, common methods, optimization algorithms, key problems and applications of topology optimization methods are studied. Firstly, the material interpolation methods commonly used in topology optimization are summarized and studied. The homogenization theory and SIMP material interpolation method are systematically analyzed, and the topology optimization model based on SIMP method is derived. The iterative format and analysis flow based on the optimization criterion method are obtained. Some key problems in the existing topology optimization are discussed in view of the common stiffness problems in mechanical design. The deficiency of solving the existing Lagrangian multiplier is deeply analyzed in this paper. An improved method of solving Lagrangian multiplier is put forward, and the causes of "morbid" load phenomenon caused by multi-load step in statics are analyzed theoretically, and the method of distributed load is used to solve this phenomenon effectively. The causes of local frequency phenomenon in dynamics and its influence on optimization are analyzed. The ESO method is used to avoid the phenomenon of local load effectively. The thermodynamics and seepage mechanics in modern structural design are studied deeply, and the related topological optimization program is compiled.
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH122

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本文编号：1642389