基于平均距离法的结构多目标拓扑优化方法的研究

发布时间：2017-06-24 18:01

  本文关键词：基于平均距离法的结构多目标拓扑优化方法的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：数学规划法是运筹学的一个分支,作为多目标优化的主要寻优算法,广泛应用于工程机械、飞机、汽车零部件等轻量化的设计中。拓扑优化是结构优化的主要热点研究问题。本文基于数学规划法提出一种广义的平均距离法来研究多目标拓扑优化。主要工作包括:(1)综述结构优化发展历程,拓扑优化理论和算法的国内外研究现状以及目前存在的问题,提出结构体基于数学规划法进行多目标拓扑优化设计的必要性和可行性。(2)阐述了结构多目标拓扑优化问题的基本概念和数学模型,基于评价函数法和平均频率特征值公式提出广义的平均距离公式,研究了以平均距离公式演变的多种连续体结构拓扑优化的常用寻优算法的思想原理,并对优化迭代计算中出现的数值不稳定现象作了分析。(3)在分析平均距离公式理论的基础上,研究了优化过程中不同参数的变化对拓扑优化结果的影响,运用各种寻优算法建立相应的数学模型,基于变密度法来实现多工况单目标拓扑优化,并给出了典型实例的验证。(4)应用基于平均距离法的拓扑优化算式和数学模型,针对结构体的静态刚度和动态频率建立相应的拓扑优化数学模型,对典型的汽车悬架控制臂进行了多目标拓扑优化,得到相应的优化结果;通过对比四种模型的分析结果表明,平均距离公式的应用可有效的解决结构多目标问题,为拓扑优化提供新的设计思路,也对今后的实际工程优化问题有一定的指导意义。
【关键词】：拓扑优化 平均距离法 目标函数 多目标
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O221
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景和意义9-10
• 1.2 结构拓扑优化技术的进展10-11
• 1.3 多目标结构拓扑优化国内外研究进展11-13
• 1.4 拓扑优化理论和算法存在的问题13-14
• 1.5 研究目标和研究内容14-17
• 第二章 拓扑优化理论与算法的应用研究17-31
• 2.1 结构拓扑优化的基本原理17-20
• 2.1.1 结构优化的分类17-18
• 2.1.2 结构拓扑优化的基本概念18-19
• 2.1.3 结构优化设计的一般技术路线19-20
• 2.2 拓扑优化求解算法20-21
• 2.3 多目标求解算法和数学模型21-25
• 2.3.1 评价函数法22-24
• 2.3.2 平均频率特征值公式24-25
• 2.4 基于变密度法的优化技术25-30
• 2.4.1 SIMP和RAMP模型26-27
• 2.4.2 基于变密度法所带来的数学不稳定现象及解决方法27-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第三章 平均距离公式在结构拓扑优化的应用研究31-47
• 3.1 平均距离法的基本原理31-35
• 3.1.1 平均距离的数学含义31-32
• 3.1.2 平均距离公式数学模型的提出32-33
• 3.1.3 各种参数下与其他评价函数法的联系33-34
• 3.1.4 引入平均距离公式的敏度分析34-35
• 3.2 平均距离法在多目标拓扑优化的应用及影响因素研究35-43
• 3.2.1 SIMP模型中惩罚因子q对多目标优化过程及结果的影响37-39
• 3.2.2 体积约束中不同材料比对拓扑优化过程及结果的影响39-41
• 3.2.3 各目标权重系数w或权重比对拓扑优化结果的影响41-43
• 3.3 平均距离法在多个矛盾目标中的应用研究43-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第四章 汽车悬架控制臂的多目标拓扑优化47-65
• 4.1 运用平均距离法建立的多目标优化流程48
• 4.2 基于hyperworks的控制臂模型的建立48-51
• 4.2.1 有限元分析工具HyperWorks48-49
• 4.2.2 基于Hyperworks的控制臂有限元模型的建立49-50
• 4.2.3 优化模型的确定50-51
• 4.3 汽车控制臂的拓扑优化51-57
• 4.3.1 控制臂拓扑优化过程51-53
• 4.3.2 控制臂拓扑优化前后结果对比53-57
• 4.4 优化结果校核57-63
• 4.4.1 控制臂优化前后最大等效应力对比分析58-61
• 4.4.2 有限元前三阶自由模态分析61-63
• 4.5 本章小结63-65
• 第五章 结论与展望65-67
• 5.1 结论65
• 5.2 展望65-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-71
• 攻读学位期间的论文及科研成果71

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