面向可制造性的連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化方法研究.pdf

1、連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化是指在給定的設(shè)計空間、載荷條件、邊界約束以及某些可制造性約束要求下,確定連續(xù)體結(jié)構(gòu)內(nèi)部的空洞形狀、位置和數(shù)量,從而得到滿足設(shè)計目標最優(yōu)化的材料密度分布,是一種非常重要的產(chǎn)品設(shè)計的手段。但因為現(xiàn)有的拓撲優(yōu)化方法得到的結(jié)構(gòu)形式可制造性差,不能直接加工制造,所以一般只能作為一種概念設(shè)計的手段,為尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化和形貌優(yōu)化提供參考。如何能夠有效縮短概念設(shè)計與實際制造之間的距離,加強拓撲優(yōu)化結(jié)果的可制造性能,是一個亟待解決的問

2、題。本文分析了連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化領(lǐng)域的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,重點研究了面向可制造性的拓撲優(yōu)化問題,主要工作有如下幾個方面:
　　首先,本文對連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化的建模方法、求解算法、工程約束和后處理等方面的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進行了調(diào)研,探討了變密度法和水平集函數(shù)法一般求解流程,比較了SIMP方法(Solid Isotropic Microstructures with Penalization Method)、標準水平集方法(Level Se

3、t Method)和參數(shù)化水平集方法(Parameterization Level Set Method)的優(yōu)缺點。
　　其次,本文在已有的研究基礎(chǔ)之上,給出了考慮制造性約束的拓撲優(yōu)化問題的通用數(shù)學模型,采用新的數(shù)值方法求解結(jié)構(gòu)成員尺寸約束問題和結(jié)構(gòu)對稱約束問題,并通過應(yīng)用實例,驗證了所提方法的有效性。
　　然后,研究了現(xiàn)有的基于曲線曲面逼近技術(shù)的拓撲優(yōu)化后處理方法,給出了B樣條曲線插值方法進行后處理的算法過程。然后,提出了