工程設(shè)計(jì)中一些形狀優(yōu)化問題的研究.pdf

1、在工程設(shè)計(jì)中,形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,可以使工程設(shè)計(jì)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(fù)雜工程優(yōu)化設(shè)計(jì)問題時(shí),形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)方法可以從眾多設(shè)計(jì)方案中尋找到最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。這樣既能提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率,又能獲得明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
　　 本文對(duì)工程中的一些形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)問題,開展了優(yōu)化研究,具體如下:
　　 1)本文對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)構(gòu)件的形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究;對(duì)構(gòu)件的受力進(jìn)行了分析;研究了對(duì)稱構(gòu)件的形狀優(yōu)化

2、設(shè)計(jì)方法;對(duì)解析敏度形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究。將對(duì)稱形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和解析敏度形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)方法融合起來,給出了一種對(duì)稱解析敏度形狀優(yōu)化方法。用給出的優(yōu)化方法,對(duì)具有對(duì)稱性構(gòu)件的形狀進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。用得到的最大應(yīng)力值,與現(xiàn)有的最大值進(jìn)行分析比較,其最大應(yīng)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(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)構(gòu)件的帶預(yù)測(cè)有效約束的形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和解析敏度形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究,將帶預(yù)測(cè)有效約束的

3、形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和解析敏度形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)方法融合起來,提出了一種預(yù)測(cè)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(shè)計(jì)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(jìn)行分析比較,其最大計(jì)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(dǎo)了發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)對(duì)稱構(gòu)件形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和預(yù)測(cè)有效約束形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,研究了構(gòu)件的解析敏度形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。將對(duì)稱形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)方法、帶預(yù)測(cè)有效約束的形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和解

4、析敏度形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)方法融合起來,建立了一種預(yù)測(cè)約束對(duì)稱解析敏度形狀優(yōu)化方法。用建立的優(yōu)化方法,對(duì)某對(duì)稱構(gòu)件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。其計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)有的結(jié)果進(jìn)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(duì)磁驅(qū)動(dòng)的機(jī)器魚的尾鰭形狀進(jìn)行了優(yōu)化研究。該機(jī)器魚是在頭部嵌入NdFeB永久磁鐵為驅(qū)動(dòng)器,在交變磁場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下,頭部產(chǎn)生微小振動(dòng)就帶動(dòng)尾鰭擺動(dòng),將交變磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)器魚頭部擺動(dòng)的機(jī)械能,帶動(dòng)銅薄膜尾鰭產(chǎn)

5、生波動(dòng)并與液體耦合產(chǎn)生推力,模仿魚類尾鰭的游動(dòng)狀態(tài),實(shí)現(xiàn)仿生游動(dòng)。
　　 該微機(jī)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(jī)器魚的頭部。在對(duì)微機(jī)器魚尾鰭形狀進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí),提出了基于等面積條件,采用離散變量法對(duì)尾鰭的形狀進(jìn)行優(yōu)化。本文優(yōu)化的機(jī)器魚最佳尾鰭形狀,可以顯著改善機(jī)器魚的推進(jìn)性能,理論分析與試驗(yàn)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(jìn)行魚類仿生學(xué)的研究和仿生結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化的研究奠定了基礎(chǔ)。
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