基于刚架和壳体耦合结构拓扑优化设计研究
发布时间：2021-10-19 02:23
刚架和板壳结构都具有自重轻、造价低和施工简单等特点,在工程中得到了各种形式的应用。为了适应现代靶场技术的发展,大型光机结构,如大型光电经纬仪,其光学系统的主要支撑结构通常采用焊接刚架板壳结构。本文针对采用空心钢管焊接成刚架结构再在外部蒙薄钢板的结构制备方案,结合拓扑优化方法对刚架和壳体耦合结构进行设计。以大型光电经纬仪的转台为例,根据最优拓扑结果进行光电经纬仪转台结构设计。本文的主要工作如下:针对离散拓扑优化方法中的基结构法和连续体拓扑优化方法中的密度法,就两者的产生及研究发展方向、难点及存在的问题进行阐述归纳。针对刚架和壳体结构的有限元分析,分别选取三维欧拉梁单元（3D Euler Beam）和三维壳体单元（Ressner-Mindlin Shell）,并通过约束相同空间位置节点自由度的方式模拟焊点。针对工程问题形状复杂、不规则的特点,实现了基于几何及网格在非凸区域生成初始基结构的方法。利用分级生成基结构的方式,直接将已有边界作为碰撞检测的标准避免二次建模,简化了过程并使得杆件识别更加准确。实现了任意多边形设计区域在不同网格类型划分下基结构的分级/全连接方式的构建。基于SIMP法的刚...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
j取不同值时的拓扑结果
[38]。图2.2 拉压变形状态下的节点位移、节点载荷、单元内节点坐标及节点载荷[38]Figure 2.2 Displacements, forces, coordinate and internal force in tension and compression
基于刚架和壳体耦合结构拓扑优化设计研究14图2.4 弯曲变形状态下的节点位移、节点载荷、单元内节点坐标及节点载荷[38]Figure 2.4 Displacements, forces, coordinate and internal force in bending平衡方程为：- EI 0(2.7)通过构造单元可得到单元刚度矩阵：2 232 212 6 12 66 4 6 212 6 12 66 2 6 4l lEIl l l lKll ll l l l (2.8)K f(2.9)对于三维空间欧拉梁单元，其变形模式为以上三种变形的组合。故分别建立三种变形的刚度特性矩阵，进行拼装后得到梁单元在该变形下的组合刚度特性矩阵。可以得到局部坐标系下单元刚度矩阵33223 2 33 2 32 22 2120120 00 0 06 40 0 06 40 0 0 0[ ]0 0 0 0 012 6 120 0 0 0 012 6 120 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 06 2 6 40 0 0 0 0 0 06 2 6 40 0 0 0 0 0 0 0xyy yx xex x xy y yy y y yx x xEAlEIlEIlGJlEI EIl lEI EIl lkEA EAl lEI EI EIl l lEI EI EIl l lGJ GJl lEI EI EI EIl l l lEI EI EI EIl l l xl (2.10)其中单元节点位
【参考文献】：
期刊论文
[1]大型光电经纬仪转台的一种轻量化设计[J]. 伞晓刚,王晶,薛育. 长春理工大学学报(自然科学版). 2010(04)
[2]同时满足刚度和强度约束的框架拓扑优化[J]. 杜家政,隋允康,郭英乔. 计算力学学报. 2008(03)
[3]改进的基于AABB包围盒的碰撞检测算法[J]. 高玉琴,何云峰,于俊清. 计算机工程与设计. 2007(16)
[4]结构拓扑优化的发展及其模型转化为独立层次的迫切性[J]. 隋允康,叶红玲,杜家政. 工程力学. 2005(S1)
[5]基于ICM方法的刚架拓扑优化[J]. 隋允康,任旭春,龙连春,叶宝瑞. 计算力学学报. 2003(03)
博士论文
[1]基于接触和振动仿真的经纬仪结构设计及轻量化研究[D]. 谢军.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2017
[2]桁架结构拓扑优化的理论与应用研究[D]. 高阁.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2017
[3]1m口径光电经纬仪关键部件优化设计与仿真分析研究[D]. 伞晓刚.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2013
[4]车载平台变形测量技术的研究[D]. 张东梅.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2006
[5]车载平台变形测量和误差校正技术的研究[D]. 张尧禹.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2003
硕士论文
[1]基于包围盒的碰撞检测算法的研究及应用[D]. 姜光焱.电子科技大学 2012
本文编号：3443967
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)吉林省
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
j取不同值时的拓扑结果
[38]。图2.2 拉压变形状态下的节点位移、节点载荷、单元内节点坐标及节点载荷[38]Figure 2.2 Displacements, forces, coordinate and internal force in tension and compression
基于刚架和壳体耦合结构拓扑优化设计研究14图2.4 弯曲变形状态下的节点位移、节点载荷、单元内节点坐标及节点载荷[38]Figure 2.4 Displacements, forces, coordinate and internal force in bending平衡方程为：- EI 0(2.7)通过构造单元可得到单元刚度矩阵：2 232 212 6 12 66 4 6 212 6 12 66 2 6 4l lEIl l l lKll ll l l l (2.8)K f(2.9)对于三维空间欧拉梁单元，其变形模式为以上三种变形的组合。故分别建立三种变形的刚度特性矩阵，进行拼装后得到梁单元在该变形下的组合刚度特性矩阵。可以得到局部坐标系下单元刚度矩阵33223 2 33 2 32 22 2120120 00 0 06 40 0 06 40 0 0 0[ ]0 0 0 0 012 6 120 0 0 0 012 6 120 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 06 2 6 40 0 0 0 0 0 06 2 6 40 0 0 0 0 0 0 0xyy yx xex x xy y yy y y yx x xEAlEIlEIlGJlEI EIl lEI EIl lkEA EAl lEI EI EIl l lEI EI EIl l lGJ GJl lEI EI EI EIl l l lEI EI EI EIl l l xl (2.10)其中单元节点位
【参考文献】：
期刊论文
[1]大型光电经纬仪转台的一种轻量化设计[J]. 伞晓刚,王晶,薛育. 长春理工大学学报(自然科学版). 2010(04)
[2]同时满足刚度和强度约束的框架拓扑优化[J]. 杜家政,隋允康,郭英乔. 计算力学学报. 2008(03)
[3]改进的基于AABB包围盒的碰撞检测算法[J]. 高玉琴,何云峰,于俊清. 计算机工程与设计. 2007(16)
[4]结构拓扑优化的发展及其模型转化为独立层次的迫切性[J]. 隋允康,叶红玲,杜家政. 工程力学. 2005(S1)
[5]基于ICM方法的刚架拓扑优化[J]. 隋允康,任旭春,龙连春,叶宝瑞. 计算力学学报. 2003(03)
博士论文
[1]基于接触和振动仿真的经纬仪结构设计及轻量化研究[D]. 谢军.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 2017
[2]桁架结构拓扑优化的理论与应用研究[D]. 高阁.中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) 2017
[3]1m口径光电经纬仪关键部件优化设计与仿真分析研究[D]. 伞晓刚.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2013
[4]车载平台变形测量技术的研究[D]. 张东梅.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2006
[5]车载平台变形测量和误差校正技术的研究[D]. 张尧禹.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2003
硕士论文
[1]基于包围盒的碰撞检测算法的研究及应用[D]. 姜光焱.电子科技大学 2012
本文编号：3443967
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/yiqiyibiao/3443967.html
