工程設計中一些形狀優(yōu)化問題的研究.pdf

1、在工程設計中,形狀優(yōu)化設計方法,可以使工程設計的質(zhì)量最輕、體積最小、承載力最大及利潤最高等。在解決復雜工程優(yōu)化設計問題時,形狀優(yōu)化設計方法可以從眾多設計方案中尋找到最優(yōu)設計方案。這樣既能提高設計質(zhì)量和設計效率,又能獲得明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。
　　 本文對工程中的一些形狀優(yōu)化設計問題,開展了優(yōu)化研究,具體如下:
　　 1)本文對發(fā)動機相關構(gòu)件的形狀優(yōu)化設計方法進行了研究;對構(gòu)件的受力進行了分析;研究了對稱構(gòu)件的形狀優(yōu)化

2、設計方法;對解析敏度形狀優(yōu)化設計方法進行了研究。將對稱形狀優(yōu)化設計方法和解析敏度形狀優(yōu)化設計方法融合起來,給出了一種對稱解析敏度形狀優(yōu)化方法。用給出的優(yōu)化方法,對具有對稱性構(gòu)件的形狀進行了優(yōu)化設計。用得到的最大應力值,與現(xiàn)有的最大值進行分析比較,其最大應力值降低了2.4％,證明本文給出的形狀優(yōu)化方法是正確的。
　　 2)本文對發(fā)動機相關構(gòu)件的帶預測有效約束的形狀優(yōu)化設計方法和解析敏度形狀優(yōu)化設計方法進行了研究,將帶預測有效約束的

3、形狀優(yōu)化設計方法和解析敏度形狀優(yōu)化設計方法融合起來,提出了一種預測約束解析敏度形狀優(yōu)化方法。用提出的優(yōu)化方法,優(yōu)化設計了某構(gòu)件的內(nèi)孔形狀。用優(yōu)化得到的結(jié)構(gòu),與現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)進行分析比較,其最大計算值降低了6.4％,證明本文提出的形狀優(yōu)化方法是正確的。
　　 3)本文推導了發(fā)動機相關對稱構(gòu)件形狀優(yōu)化設計方法和預測有效約束形狀優(yōu)化設計方法,研究了構(gòu)件的解析敏度形狀優(yōu)化設計方法。將對稱形狀優(yōu)化設計方法、帶預測有效約束的形狀優(yōu)化設計方法和解

4、析敏度形狀優(yōu)化設計方法融合起來,建立了一種預測約束對稱解析敏度形狀優(yōu)化方法。用建立的優(yōu)化方法,對某對稱構(gòu)件進行了優(yōu)化設計。其計算結(jié)果與現(xiàn)有的結(jié)果進行分析比較,最大值降低了8.8％,證明本文建立的形狀優(yōu)化方法是正確的。
　　 4)本文對磁驅(qū)動的機器魚的尾鰭形狀進行了優(yōu)化研究。該機器魚是在頭部嵌入NdFeB永久磁鐵為驅(qū)動器,在交變磁場的驅(qū)動下,頭部產(chǎn)生微小振動就帶動尾鰭擺動,將交變磁場能轉(zhuǎn)換成機器魚頭部擺動的機械能,帶動銅薄膜尾鰭產(chǎn)

5、生波動并與液體耦合產(chǎn)生推力,模仿魚類尾鰭的游動狀態(tài),實現(xiàn)仿生游動。
　　 該微機器魚的尾鰭是采用懸臂梁結(jié)構(gòu)的變截面薄膜,固定在微機器魚的頭部。在對微機器魚尾鰭形狀進行優(yōu)化設計時,提出了基于等面積條件,采用離散變量法對尾鰭的形狀進行優(yōu)化。本文優(yōu)化的機器魚最佳尾鰭形狀,可以顯著改善機器魚的推進性能,理論分析與試驗證明了提出的尾鰭形狀離散優(yōu)化方法行之有效,為深入進行魚類仿生學的研究和仿生結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化的研究奠定了基礎。
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