基于拓扑优化的减重孔/减重槽布局优化方法与典型部件构型设计

发布时间：2023-11-14 19:16

　　轻量化一直是航空航天及汽车工业等领域的零部件结构设计中的重要指标。开孔与开槽是最常用的结构减重方式。通常情况下,设计师根据设计要求粗略地设定减重孔与减重槽的初始构型,反复进行校核并修改尺寸特征,直到获得满足设计要求的设计结果。这种常规的继承改进式的设计方法,主要依赖设计师的经验参考其他类似结构进行布局,无法满足越来越高的设计要求。拓扑优化方法是在保证结构性能的前提下,获得材料在设计域内的最优布局,可以显著地提高材料的利用率,是一种应用前景十分广阔的工程结构优化设计方法。发展基于拓扑优化的减重孔与减重槽的设计方法,是可行的且具有重要的理论意义和实际应用价值。本文应用拓扑优化方法对基于开孔开槽的零部件结构减重设计进行研究,建立厚板类零部件结构的减重孔与减重槽布局设计方法。基于拓扑优化方法对典型部件飞机起落架扭力臂以及齿轮机构进行创新构型设计。具体研究内容和成果如下:(1)基于拓扑优化的减重孔/减重槽布局优化方法。在结构设计中,开孔与开槽是最常用的减重方法。确定孔与槽的位置主要依赖设计师的经验。为了克服此类设计问题对设计师经验的依赖性,以基于开孔与开槽进行减重设计的厚板件为研究对象,建立了一...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 拓扑优化设计介绍
        1.2.1 拓扑优化方法
        1.2.2 拓扑优化设计应用现状
    1.3 本文主要内容
2 基于拓扑优化的减重孔/减重槽布局优化方法
    2.1 引言
    2.2 减重孔/减重槽布局优化的等效模型
    2.3 减重孔/减重槽布局优化设计的求解策略
        2.3.1 开槽区域对结构刚度的影响
        2.3.2 减重孔/减重槽布局优化设计的求解策略
        2.3.3 基于拓扑优化的减重孔/减重槽布局设计流程
        2.3.4 参数讨论
    2.4 算例分析
    2.5 小结
3 起落架扭力臂拓扑构型设计
    3.1 引言
    3.2 结构优化设计的基础理论
        3.2.1 结构优化的数学模型
        3.2.2 优化模型求解
        3.2.3 制造工艺约束
    3.3 面向传统制造的扭力臂拓扑构型设计
        3.3.1 考虑制造工艺约束的扭力臂拓扑优化设计
        3.3.2 扭力臂减重孔/减重槽布局设计
        3.3.3 力学性能校核分析
    3.4 基于多层级设计的扭力臂创新构型设计
        3.4.1 任意复杂结构点阵单胞填充策略
        3.4.2 开槽区域布置点阵单胞的多层级优化设计
        3.4.3 力学性能校核分析
    3.5 小结
4 齿轮机构有限元建模与拓扑优化设计
    4.1 引言
    4.2 有限元模型装配技术
        4.2.1 常用的几种装配连接单元分析
        4.2.2 齿轮机构连接方式对比分析
    4.3 齿轮轮辐结构拓扑构型设计
        4.3.1 拓扑优化有限元模型的建立
        4.3.2 拓扑优化模型的建立
        4.3.3 拓扑优化结果分析与几何重建
    4.4 齿轮机构力学性能校核分析
    4.5 小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢



本文编号：3864047