應(yīng)力約束下點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)多尺度并發(fā)優(yōu)化研究.pdf

1、點(diǎn)陣材料作為一種新型的多功能材料具有高比剛度、比強(qiáng)度，同時(shí)由于其內(nèi)部高孔隙率，使其具有良好的防隔熱、減振降噪、沖擊吸能及多功能應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航天航空、船舶、汽車制造等領(lǐng)域。但是對(duì)于點(diǎn)陣材料構(gòu)成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)性能分析時(shí)，由于其內(nèi)部含有大量微結(jié)構(gòu)，使用傳統(tǒng)的有限元分析技術(shù)不再適用。因此，本文基于擴(kuò)展多尺度有限元法（Extended Multiscale Finite Element Method，EMsFEM）對(duì)該類點(diǎn)陣材料進(jìn)行力

2、學(xué)分析，圍繞點(diǎn)陣材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的強(qiáng)度指標(biāo)、剛度指標(biāo)及穩(wěn)定性指標(biāo)等性能要求，開展了大量應(yīng)力相關(guān)的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)多尺度并發(fā)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。
　　針對(duì)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)局部微桿件強(qiáng)度及穩(wěn)定性的不同失效模式，建立了考慮強(qiáng)度約束點(diǎn)陣材料輕量化設(shè)計(jì)模型Ⅰ和同時(shí)考慮強(qiáng)度和穩(wěn)定性約束點(diǎn)陣材料輕量化設(shè)計(jì)模型Ⅱ。計(jì)算中著重討論了尺寸因子對(duì)優(yōu)化結(jié)果的影響，計(jì)算發(fā)現(xiàn)隨著尺寸因子n的增大，優(yōu)化模型Ⅰ強(qiáng)度約束對(duì)點(diǎn)陣材料輕量化設(shè)計(jì)影響不明顯，結(jié)構(gòu)最小重量基本不變;而優(yōu)化模型Ⅱ由

3、于施加穩(wěn)定性約束，隨著尺寸因子n的增大，結(jié)構(gòu)最小重量降低。
　　針對(duì)于復(fù)雜的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)分析，最大應(yīng)力可能發(fā)生在任何一個(gè)構(gòu)件、單元，使得應(yīng)力約束和穩(wěn)定性約束個(gè)數(shù)急劇增加，導(dǎo)致考慮局部應(yīng)力約束優(yōu)化模型不再適用。為此，文中提出了一種新的凝聚函數(shù)，該函數(shù)可有效的將大規(guī)模的局部約束凝聚成一個(gè)整體約束，解決了“次峰值”困難，實(shí)現(xiàn)了考慮全局強(qiáng)度及穩(wěn)定性約束的點(diǎn)陣材料多尺度優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　考慮點(diǎn)陣材料結(jié)構(gòu)微觀尺度和宏觀尺度相互影響，在宏觀尺度

4、上引入宏觀單元的相對(duì)密度p和微觀尺度上引入微桿件的截面積A，以微觀桿件的強(qiáng)度和剛度為約束，結(jié)構(gòu)重量最小為目標(biāo)，構(gòu)建了宏微觀雙尺度優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)了考慮結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度約束下點(diǎn)陣材料結(jié)構(gòu)并發(fā)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　通過數(shù)值模擬研究了負(fù)泊松比柵格材料、加筋板結(jié)構(gòu)、夾芯板結(jié)構(gòu)的抗熱屈曲性能，等材料用量的負(fù)泊松比柵格結(jié)構(gòu)比正交柵格結(jié)構(gòu)具有更高的熱屈曲臨界失穩(wěn)載荷;而正交加筋板則比負(fù)泊松比加筋板抗熱屈曲性能更好，但是負(fù)泊松比夾芯板抵抗熱屈曲性能又優(yōu)于正