基于CAD-CAE快速響應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)GBESO法拓?fù)鋬?yōu)化及模型重構(gòu)研究.pdf

1、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程主要包括概念設(shè)計(jì)、基本設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)三個(gè)階段。每個(gè)階段都存在著“設(shè)計(jì)-優(yōu)化-再設(shè)計(jì)”的循環(huán),計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD,Computer Aided Design)和計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE,Computer Aided Engineering)技術(shù)的不斷發(fā)展,使機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量有了較大提高。然而,隨著產(chǎn)品的市場競爭日益加劇,機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求不斷提高,高效率、高精度、低成本的設(shè)計(jì)成為了設(shè)計(jì)者追求的目標(biāo)。因此,機(jī)械產(chǎn)品設(shè)

2、計(jì)的關(guān)鍵是要在短周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)低成本高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
　　本文在研究現(xiàn)有機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上,研究了基于網(wǎng)格數(shù)據(jù)的CAD有限元模型到 CAE模型的轉(zhuǎn)換方法,建立了以參數(shù)化設(shè)計(jì)理論為基礎(chǔ),共享數(shù)據(jù)庫為支承的雙向相關(guān)模型轉(zhuǎn)換機(jī)制,推導(dǎo)了雙向漸進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化(BESO,The Bi-direcfional Evolutionary Structural Optimization)法進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的數(shù)學(xué)模型,提出了基于精英保留策略的遺

3、傳雙向漸進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化(GBESO,Genetic Bi-direcfional Evolutionary Structural Optimization)法尋優(yōu)策略,建立了基于特征和約束的優(yōu)化結(jié)果模型重構(gòu)方法,為實(shí)現(xiàn)高效率、高精度、低成本的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)和方法依據(jù)。具體研究了以下內(nèi)容:
　　(1)在分析機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程的基礎(chǔ)上,研究了參數(shù)化設(shè)計(jì)方法,確定了基于特征的參數(shù)化CAD模型建立原則;探討了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方法,建立

4、了CAD模型及其相關(guān)數(shù)據(jù)的共享機(jī)制;通過分析CAD模型到CAE模型的轉(zhuǎn)換機(jī)理,提出了一種有限元網(wǎng)格模型轉(zhuǎn)換方法及其模型轉(zhuǎn)換雙向相關(guān)機(jī)制,實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中快速、準(zhǔn)確的CAD/CAE響應(yīng),為后續(xù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。
　　(2)分析了漸進(jìn)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化方法的優(yōu)化理念,推導(dǎo)了BESO法進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化輕量化設(shè)計(jì)、應(yīng)力優(yōu)化設(shè)計(jì)、剛度最大化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型,針對(duì)BESO法受其優(yōu)化準(zhǔn)則(Optimality Criteria,OC)的影響

5、優(yōu)化速度較慢,且優(yōu)化結(jié)果不一定是原結(jié)構(gòu)的真正最優(yōu)解的問題,引入遺傳算法(GA,Genetic Algorithm)的精英保留策略,提出了遺傳雙向漸進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化(GBESO)法尋優(yōu)方式及其關(guān)鍵問題的解決方法,通過與現(xiàn)有拓?fù)鋬?yōu)化方法尋優(yōu)結(jié)果進(jìn)行比較,驗(yàn)證了該尋優(yōu)算法的穩(wěn)定性和高效性。
　　(3)分析了基于有限元法的拓?fù)鋬?yōu)化普遍存在的棋盤格現(xiàn)象和鋸齒狀邊界等數(shù)值問題,提出了基于特征和約束的拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果幾何模型的自動(dòng)重構(gòu)方法。通過提取工程數(shù)

6、據(jù)庫中拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果數(shù)據(jù),以材料去除區(qū)域的點(diǎn)云數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),進(jìn)行面向設(shè)計(jì)制造的數(shù)值處理;通過特征提取和約束識(shí)別技術(shù)進(jìn)行特征擬合,構(gòu)建材料去除區(qū)域的CAD模型,并與原模型進(jìn)行布爾減操作,自動(dòng)重構(gòu)CAD模型。以彈槽隔板為例驗(yàn)證了該方法的可行性,解決了拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果CAD模型手工繪制數(shù)據(jù)量大、時(shí)間長且精度無法保證的問題,為機(jī)械結(jié)構(gòu)快速優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了方法依據(jù)。
　　(4)利用所研究的基于CAD/CAE快速響應(yīng)的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化理論和方法,對(duì)彈鼓結(jié)構(gòu)