結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化自適應(yīng)成長設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,結(jié)構(gòu)的性能要求越來越高。研究并建立科學(xué)高效的設(shè)計(jì)方法并將其應(yīng)用于指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)人員的共同目標(biāo)。與傳統(tǒng)的、依靠經(jīng)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法不同,結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法基于較成熟的數(shù)學(xué)優(yōu)化理論和精確的有限元分析,可以設(shè)計(jì)出性能更優(yōu)的結(jié)構(gòu)且設(shè)計(jì)過程更加簡單。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域,拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)是公認(rèn)的最具挑戰(zhàn)性的研究方向。與形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)和尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)相比,拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)空間最大,對結(jié)構(gòu)性能的改進(jìn)也最大,且設(shè)計(jì)的結(jié)果直接影響后續(xù)的形狀優(yōu)

2、化設(shè)計(jì)和尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)。因此,拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)成為當(dāng)今結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
　　作為拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法的一種,基于仿生設(shè)計(jì)技術(shù)的自適應(yīng)成長拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法(簡稱自適應(yīng)成長法)通過模擬自然界分歧系統(tǒng)的成長和分歧,使結(jié)構(gòu)材料自適應(yīng)于承載環(huán)境而分配,設(shè)計(jì)過程靈活,實(shí)現(xiàn)容易。本文深入研究了在板殼結(jié)構(gòu)上獲得最優(yōu)的加強(qiáng)筋分布形態(tài)的仿生設(shè)計(jì)方法——板殼結(jié)構(gòu)加強(qiáng)筋分布自適應(yīng)成長設(shè)計(jì)方法的關(guān)鍵技術(shù)。這些技術(shù)包括基結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方案、程序算法中相關(guān)參數(shù)取

3、值對設(shè)計(jì)結(jié)果的影響、以及“種子”的自動選取等。與現(xiàn)有的自適應(yīng)成長法相比,本文著重對以下內(nèi)容進(jìn)行研究:對加強(qiáng)筋的成長高度進(jìn)行了限制,使之更加符合工程實(shí)際;在加強(qiáng)筋截面寬度與高度之間建立了函數(shù)關(guān)系,保證了加強(qiáng)筋成長過程中采用梁單元模擬的準(zhǔn)確性;引入了穩(wěn)定指標(biāo)和退化指標(biāo)大大提高了計(jì)算效率;實(shí)現(xiàn)了板殼結(jié)構(gòu)單面加筋的數(shù)值模擬,并在此基礎(chǔ)上,研究了常用截面類型加強(qiáng)筋的板殼結(jié)構(gòu)加強(qiáng)筋分布自適應(yīng)成長設(shè)計(jì)方法,以及在加強(qiáng)筋分布設(shè)計(jì)結(jié)果基礎(chǔ)上對加強(qiáng)筋截面尺

4、寸進(jìn)行優(yōu)化的二次優(yōu)化策略。在關(guān)鍵技術(shù)研究的基礎(chǔ)上,本文將板殼結(jié)構(gòu)加強(qiáng)筋分布自適應(yīng)成長設(shè)計(jì)方法應(yīng)用于實(shí)際的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了以最大剛度為設(shè)計(jì)目標(biāo)的汽車發(fā)動機(jī)罩板結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)筋分布設(shè)計(jì)。結(jié)果表明,與現(xiàn)有的汽車發(fā)動機(jī)罩板設(shè)計(jì)相比,自適應(yīng)成長法設(shè)計(jì)得到的最優(yōu)結(jié)構(gòu)的重量降低11.11％,結(jié)構(gòu)整體剛度提升29.41%。
　　在最大剛度加筋板殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,本文將其設(shè)計(jì)原理推廣應(yīng)用于提高板殼結(jié)構(gòu)屈曲穩(wěn)定性的加強(qiáng)筋分布設(shè)計(jì)、提高整體剛度的桁架