漸進結(jié)構(gòu)優(yōu)化法的實現(xiàn)及其在泵車輕量化中的應(yīng)用.pdf

1、結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化是當今結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究領(lǐng)域的熱點,與尺寸優(yōu)化和形狀優(yōu)化相比,結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化能夠取得更好的經(jīng)濟效益,對工程設(shè)計人員更具吸引力。連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化因為設(shè)計變量較多,數(shù)值計算量巨大而被認為是當前結(jié)構(gòu)優(yōu)化領(lǐng)域內(nèi)的難點之一,對其研究具有非常重要的理論意義和工程應(yīng)用前景。本文以大型通用軟件Ansys為平臺,開發(fā)了漸進結(jié)構(gòu)優(yōu)化法和雙向漸進結(jié)構(gòu)優(yōu)化法的程序,并通過經(jīng)典算例對程序進行了驗證。針對工程實際中的多工況優(yōu)化問題,將雙向漸進結(jié)構(gòu)優(yōu)化法和分層

2、優(yōu)化技術(shù)結(jié)合在一起,形成了新的優(yōu)化方法,算例表明該方法是可行并且有效的。首次將雙向漸進結(jié)構(gòu)優(yōu)化法應(yīng)用到了建筑機械領(lǐng)域,利用所編寫的程序成功實現(xiàn)了單工況下泵車支腿的輕量化和多工況下變幅油缸的輕量化。主要研究內(nèi)容包括:
　　1.程序開發(fā)
　　(1)以漸進結(jié)構(gòu)優(yōu)化法的基本思想為基礎(chǔ),結(jié)合APDL語言的特點,開發(fā)了基于單元應(yīng)力水平和應(yīng)變能水平的漸進結(jié)構(gòu)優(yōu)化法的程序。通過典型算例證明了程序的正確性。并通過實例解釋了漸進結(jié)構(gòu)優(yōu)化法中存在

3、的數(shù)值不穩(wěn)定問題。
　　(2)吸收消化最新的雙向漸進結(jié)構(gòu)優(yōu)化法思想,根據(jù)工程實際應(yīng)用的需要,在漸進結(jié)構(gòu)優(yōu)化法的基礎(chǔ)上開發(fā)了基于應(yīng)力約束的雙向漸進結(jié)構(gòu)優(yōu)化法程序。
　　(3)結(jié)合分層優(yōu)化技術(shù),采用分段實現(xiàn)的方式,編程實現(xiàn)了解決多工況下優(yōu)化問題的新方法。
　　2.實際復(fù)雜結(jié)構(gòu)輕量化的實現(xiàn)
　　(1)在充分考慮支腿承載情況的前提下,對支腿的邊界條件進行了合理的簡化。并利用開發(fā)的程序?qū)τ捎诳赡艽嬖诘募庸ふ`差造成兩種不同邊

4、界條件下的支腿進行了優(yōu)化,結(jié)果表明了端部約束條件對支腿腹板優(yōu)化的結(jié)果影響甚微。對優(yōu)化結(jié)果進行了構(gòu)形調(diào)整,結(jié)果的結(jié)構(gòu)分析表明調(diào)整后的結(jié)構(gòu)在減輕重量的同時滿足支腿工作時的力學要求。
　　(2)通過對編寫的二維程序進行修改,分別對在拉、壓工況下的變幅油缸進行了三維優(yōu)化。引入分層優(yōu)化技術(shù),以受壓時單工況的優(yōu)化結(jié)果為基礎(chǔ),解決了應(yīng)力約束下變幅油缸在多工況下的優(yōu)化問題,表明將雙向漸進結(jié)構(gòu)優(yōu)化法與分層優(yōu)化技術(shù)結(jié)合起來解決多工況問題是可行并且有效