复合材料变刚度铺层优化设计方法研究

发布时间：2017-07-29 14:13

  本文关键词：复合材料变刚度铺层优化设计方法研究

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【摘要】：汽车轻量化是节省燃油消耗及减少尾气排放的有效手段。复合材料由于其优秀的材料性能而被汽车轻量化领域广泛关注,其中采用变刚度铺层方案的连续纤维增强复合材料具有很强的可设计性,通过铺层优化可充分发挥材料的性能优势。通过对复合材料铺层方案的设计可以使材料的分布更合理,使汽车被设计零部件实现力学性能和质量的最优化,从而提高汽车的轻量化程度。当前变刚度铺层往往是根据经验进行设计,并没有在工业上系统的使用铺层设计方法。本文针对多相材料拓扑优化方法进行研究,基于多相材料拓扑优化方法建立了最大化结构刚度优化问题的数学模型,给出了灵敏度求解方法,对常用的DMO材料插值方法和BCP材料插值方法进行对比分析研究,证明了BCP方法在优化速率及解的最优性方面都更有优势。对于复合材料变刚度铺层优化结果可制造性较差的问题,提出了基于Heaviside函数和数学形态学的拓扑密度变量过滤方法。将此方法在数值算例上应用,得到的优化结果的铺层较其它过滤方法具有更明晰的铺层优化结果。证明了该密度过滤法较其它方法能更有效克服优化过程中易出现的多孔材料现象和棋盘格现象,同时可依据制造加工精度控制优化结果中结构和孔洞的最小几何尺寸,进一步加强了优化结果的可制造性。
【关键词】：复合材料 变刚度 铺层优化 可制造性
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U465.6
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-21
• 1.1 研究背景8-11
• 1.2 国内外研究现状11-18
• 1.2.1 常刚度铺层优化研究现状11-13
• 1.2.2 变刚度铺层优化研究现状13-18
• 1.3 课题的提出与来源18-19
• 1.4 研究内容19-21
• 第2章 复合材料基础知识21-27
• 2.1 复合材料概述21-23
• 2.1.1 复合材料的定义和特点21-22
• 2.1.2 复合材料的基本构造形式22-23
• 2.2 各向异性弹性力学基础23-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第3章 多相材料拓扑优化方法研究27-51
• 3.1 引言27
• 3.2 多相材料拓扑优化问题数学模型的建立27-41
• 3.2.1 DMO材料插值方法30-33
• 3.2.2 BCP材料插值方法33-37
• 3.2.3 基于DMO、BCP方法建立的数学模型的求解37-41
• 3.3 DMO方法与BCP方法的对比分析研究41-49
• 3.3.1 常刚度单层板铺层优化43-45
• 3.3.2 不考虑厚度分布的单层板变刚度铺层优化45-47
• 3.3.3 考虑厚度分布的单层板变刚度铺层优化47-49
• 3.4 本章小结49-51
• 第4章 常用提高铺层优化结果可制造性方法研究51-60
• 4.1 拓扑优化中的数值计算不稳定性现象和微小结构现象51-52
• 4.2 常用去除数值计算不稳定现象和微小结构的方法52-54
• 4.3 传统密度过滤法在铺层优化中的应用54-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第5章 基于Heaviside函数和数学形态学的密度过滤法60-86
• 5.1 可避免产生灰度现象的密度过滤法60-62
• 5.1.1 基于Heaviside函数的密度过滤法60-62
• 5.1.2 基于KS函数和数学形态学的密度过滤法62
• 5.2 数学形态学理论62-64
• 5.3 基于Heaviside函数的形态学操作64-69
• 5.4 数值实现69-71
• 5.5 数值算例与讨论71-85
• 5.6 本章小结85-86
• 展望86-87
• 参考文献87-95
• 攻读硕士学位期间发表的论文及取得的研究成果95-96
• 致谢96-97

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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4 田浩彬,林建平,刘瑞同,许永超;汽车车身轻量化及其相关成形技术综述[J];汽车工程;2005年03期

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本文编号：589537