结构加强筋仿生拓扑最优准则法研究

发布时间：2017-06-13 12:06

  本文关键词：结构加强筋仿生拓扑最优准则法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：自适应成长技术是基于自然界分枝系统成长与分歧机理提出的一种新的结构拓扑优化方法,目前该方法已应用于板壳结构加筋分布设计中,具有良好的应用前景和发展空间。然而,由于现有的自适应成长技术存在一定的局限性,使得其在结构拓扑优化设计中的应用受到限制。首先,现有的方法采用启发式的寻优迭代公式,待定参数多,设计结果在一定程度上依赖于待定参数的取值,难以解决复杂的多工况、多目标的结构拓扑优化设计问题;其次,作为初始设计模型的基结构的构建方案不完善,仅能解决板壳结构承受法向载荷工况的设计问题,不能解决平板结构承受面内载荷工况的问题,而且对于三维的空间箱型结构加筋板分布优化问题也无法适用;同时,在应用ANSYS软件作为结构性能分析工具进行算法编写时,采用差分法计算设计灵敏度,在算法的准确性和效率方面均有待提高。本文针对现有自适应成长技术中的问题,研究承受法向载荷的板壳结构、承受面内载荷的平板结构,以及三维箱型结构的几何模型和优化数学模型;基于KKT(Karush-Kuhn-Tucker condition)条件,采用优化准则和迭代步长因子法求解优化数学模型,推导基于最优准则法的寻优迭代公式;根据结构的受力形式选择合适的单元,建立板壳结构在法向载荷工况、平板结构在面内载荷工况以及三维箱型结构的基结构;通过解析法推导各种基结构模型中加强筋单元的灵敏度;以结构柔度和自振频率为设计目标,采用基于最优准则法的寻优迭代公式对典型板壳结构在多工况和多目标下的加强筋分布进行设计;研究自适应成长法在三维箱型结构加筋板分布优化设计技术,通过典型实例验证其正确性;将自适应成长技术应用于实际工程结构设计中,对大型电除尘器烟箱结构进行加强筋分布优化设计,与现有的电除尘器烟箱结构设计相比,自适应成长法设计得到的最优结构在减重4.1%的情况下,结构整体刚度提高18.83%,结构的自振频率提高4.78%。研究结果表明,基于优化准则法得到的迭代公式简单,设计参数少,可以解决复杂的多工况、多目标结构拓扑优化问题;而且自适应成长技术可以有效地解决板壳结构,承受面内载荷的平板结构,以及三维箱型结构加筋板分布优化问题;提出的关键技术提高了自适应成长技术的有效性和适用性。
【关键词】：仿生设计 最优准则 基结构 灵敏度分析 加强筋分布
【学位授予单位】：上海理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH122

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本文编号：446446