柔顺机构的动态拓扑优化设计

发布时间：2020-12-11 11:46

　　本论文以国家自然科学基金(50375051)、广东省自然科学基金(036548)和高等学校优秀青年教师教学科研奖励计划资助项目为依托,开展了对柔顺机构动念拓扑优化技术的进一步深入研究。 针对目前柔顺机构的拓扑优化设计主要是根据指定的输入输出关系存静态条件下进行设计的,有关机构动态拓扑优化设计的研究还非常有限,本文开展了柔顺机构进行动态拓扑优化研究。首先把均匀化方法和有限元理论相结合,应用于多孔材料的弹性本构方程模拟,利用位移渐进展开建立了均匀化有限元列式,推导出了等效弹性模量与微结构单元尺寸之间的关系,进而以均匀化理论为基础,建立柔顺机构动念拓扑优化模型。接着利用准则法对模型进行优化。在频率约束中采用“细啃”法来提高机构的固有频率和优化最终的拓扑图,给出了相应的优化实现方法和程序流程图,解决了在实际的优化过程中存在的三个数值计算不稳定现象,即棋盘格式、网格依赖性以及局部极值问题。最后以Matlab软件作为开发平台,进行实例分析,得出了较为理想的数值计算结果,验证了算法的正确性和稳定性。 

【文章来源】：汕头大学广东省

【文章页数】：49 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

设计域局部放大图图2一3单位微结构

2棋盘格问题用均匀化方法来对机构进行拓扑优化时，很容易产生棋盘格现象，Diaz和Sigmond研究发现，用双线性形式表示的四节点各向同性单元，优化过程中如机构产生如图3一Zb)所示的棋盘格现象，它的强度就没有如图3一I)c所示的各个相邻单元密度平均后的机构大，而月.产生棋盘现象后的机构难于加工制造，给设计和生产带来很多不便。这里介绍一下处理棋盘格问题的具体算法。

.4程序流程图图3一4是动态拓扑优化的程序流程图，虚线框中为静态拓扑优化流程图。3.5本章小结木章给出柔顺机构动态拓扑优化的两种算法，并对其中的数值不稳定现象进行了详细的分析，给出了实现优化算法的程序流程图，确定了柔顺{儿构动态拓扑优化的实现方法。

【参考文献】：
期刊论文
[1]拓扑优化设计中刚度与密度关系的一种力学模型[J]. 邓扬晨,张卫红,刘晓欧,章怡宁.  航空计算技术. 2004(01)
[2]应用MATLAB计算结构自振频率和振型的一种方法[J]. 关文阁,杨黎萌,魏翠玲.  工程地质计算机应用. 2004(01)
[3]柔性结构拓扑优化设计发展概况[J]. 王振海,张卫红.  机械设计. 2004(03)
[4]柔顺机构拓扑优化设计[J]. 张宪民.  机械工程学报. 2003(11)
[5]薄板减振降噪的拓扑优化设计方法[J]. 杨德庆,柳拥军,金咸定.  船舶力学. 2003(05)
[6]动响应约束下阻尼材料配置优化的拓扑敏度法[J]. 杨德庆.  上海交通大学学报. 2003(08)
[7]拓扑优化方法的研究现状及在微机构设计中的应用[J]. 褚金奎,郝秀春,王立鼎.  微纳电子技术. 2003(Z1)
[8]基于均匀化方法的柔顺机构的设计[J]. 谢先海,廖道训.  中国机械工程. 2003(11)
[9]复合材料周期性线弹性微结构的拓扑优化设计[J]. 袁振,吴长春.  固体力学学报. 2003(01)
[10]桁架结构动力学拓扑优化设计解的存在性探讨[J]. 徐斌,吴克恭,姜节胜.  机械科学与技术. 2002(04)



本文编号：2910468