理想材料零件研究中多變量多約束結構優(yōu)化設計.pdf

1、理想材料零件(Ideal Functional Material Components,IFMC)是指按照零件的最佳使用功能要求來設計制造的,由均質(zhì)材料、呈梯度變化的組織成分、按一定規(guī)律分布的細結構材料以及嵌入器件構成,實現(xiàn)材料組織結構和零件性能最佳組合的零件.當前理想材料零件優(yōu)化設計領域的研究大多是就單一約束的優(yōu)化問題展開的,因為理想材料零件要滿足多種功能耦合的要求,所以研究多變量,多約束條件下的理想材料零件優(yōu)化問題具有重要意義.本論

2、文以均勻化理論為基礎,結合有限元理論和優(yōu)化理論,對多變量,多約束條件下的理想材料零件剛性優(yōu)化設計問題展開研究.建立了多約束形式下的連續(xù)梁結構最小柔度優(yōu)化問題數(shù)學表述;針對提出的優(yōu)化問題,應用有限元方法分析平衡條件和應力條件,得到約束條件的表述形式和優(yōu)化迭代格式;采用平面問題四結點矩形單元有限元格式得到設計局區(qū)域的剖分形式;根據(jù)能量法則確定應力約束條件中的懲罰因子;利用懲罰函數(shù)理論和優(yōu)化準則法,得到改進后的優(yōu)化模型的解答方法.開發(fā)了所提出

3、的優(yōu)化問題在MATLAB環(huán)境下的優(yōu)化程序,得到優(yōu)化結果,并輸出拓撲圖形;采用CAE軟件ANSYS對所得到的拓撲結構進行分析,通過優(yōu)化結構前處理,優(yōu)化結構加載與求解,優(yōu)化結構后處理等過程,得到結構的應力分布結果;將材料體積比例約束下的結構應力分布同本文的多約束下的結構應力分布進行對比分析.經(jīng)對比分析兩種不同約束下的結構發(fā)現(xiàn):在相同載荷和邊界條件下,只受材料體積比例約束的結構發(fā)生貫穿性破壞,造成結構的失穩(wěn);而同時受材料體積比例約束和應力約束