考虑稳定性的板壳结构拓扑优化理论研究及软件开发

发布时间：2024-04-13 21:01

　　连续体结构拓扑优化设计旨在满足约束的条件下,在设计域内寻求到最佳传力路径,确定材料最佳布局,从而最大限度的节约材料,减小成本。板壳结构具有质量轻,结构形式简单,可以提供较大使用空间等优点,因而被广泛应用于汽车、机械、航空航天等领域。由于板壳结构厚度方向的尺寸远小于长度和宽度方向的尺寸,易于在面外方向发生失稳,因此,对板壳结构进行优化设计时,考虑稳定性是非常必要的。本文基于隋允康教授提出的独立、连续、映射(Independent,Continuous,Mapping)方法,提出采用临界屈曲载荷作为结构稳定性的评价指标,对板壳结构进行轻量化拓扑优化研究,主要工作如下:(1)基于ICM方法,研究了复合指数型和幂函数型两种过滤函数的连续化逼近特性,并对两种过滤函数的离散效果进行了评估。提出了交错过滤函数优化求解策略和双重过滤函数优化求解策略对拓扑变量进行二次连续拓扑,讨论了不种优化求解策略在目标函数、迭代次数和拓扑变量离散度等方面的异同。(2)建立了以结构临界屈曲载荷为约束,结构质量最小为优化目标的板壳结构稳定性拓扑优化模型。采用二阶泰勒展式对目标函数进行了标准化处理,借助于一阶泰勒展式及敏度...

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1悉尼歌剧院（壳结构）

为了保证板壳结构在使用过程中不发生屈曲破坏，对其进行优化设计时，要充分考虑结构的稳定性。图1-1悉尼歌剧院（壳结构）Fig.1-1Sydney’sOperaHouse(shellstructure)图1-2压塌了的明尼苏达维京人队体育场Fig.1-2ThecollapsedM....

图1-2压塌了的明尼苏达维京人队体育场

图1-1悉尼歌剧院（壳结构）Fig.1-1Sydney’sOperaHouse(shellstructure)图1-2压塌了的明尼苏达维京人队体育场Fig.1-2ThecollapsedMinnesotaVikingsStadium结构的优化设计[1]经历了由尺寸优化，到形状....

图3-1屈曲拓扑优化流程图

均采用单一过滤函数实现设计变量的离散-连续-离散的优化过程。在迭代求解过程中，如果优化模型没达到收敛条件要求，便更新有限元模型，建立新的优化迭代模型，直到完成结构的拓扑优化，图3-1为稳定性拓扑优化二次迭代求解流程。图3-1屈曲拓扑优化流程图Fig.3-1Flowchart....

图3-3反演映Fig.3-3Flowchartof输出最优拓扑结构

TT，重复(2)-(3)，直到满足收敛条件。图3-3反演映射的流程图Fig.3-3Flowchartoftheinversionmapping3.5数值算例与讨论本章给出四个数值算例，其中材料参数均为：弹性模量为E68.89GPa，泊松比为0.....

本文编号：3953619