結構與柔性機構拓撲優(yōu)化.pdf

1、結構設計過程通常是在方案比較基礎上確定結構布局(拓撲形式)后,詳細設計零部件的尺寸和形狀.形狀和尺寸優(yōu)化通過設計部件尺寸和邊界形狀實現(xiàn)在一定結構布局下的性能優(yōu)化.本文在系統(tǒng)地總結了優(yōu)化研究的發(fā)展歷史、拓撲優(yōu)化的已有理論和方法的基礎上,開展了拓撲優(yōu)化問題的提法和求解方法方面的研究.主要研究了剛性結構設計、散熱結構設計以及柔性機構設計等的拓撲優(yōu)化問題的提法、求解方法及其應用,分析了水平集方法的優(yōu)缺點,并提出了基于水平集算法的改進方法.主要包

2、括以下內容.基于柔順性密度的拓撲優(yōu)化方法本文研究了結構拓撲與設計域尺寸協(xié)同設計問題,提出了基于平均柔順性密度的拓撲優(yōu)化方法.建立了以最小平均柔順性密度為目標的同時設計結構拓撲形式描述參數(shù)和設計域尺寸的拓撲優(yōu)化問題的數(shù)學提法和求解方法.針對狹長結構這一常規(guī)拓撲優(yōu)化方法難以求解的問題,提出了最優(yōu)基本結構組裝的拓撲優(yōu)化思想.基于改進的水平集模型的拓撲優(yōu)化方法研究本文分析了產生這些弱點的原因,揭示出初始設計構型應包含足夠數(shù)量的孔,并且孔應合理布

3、置才能獲得理想的拓撲形式;提出了水平集方法同進化算法相結合的改進的拓撲優(yōu)化方法,成功地克服了拓撲優(yōu)化結果對初始設計的依賴性問題,提高了計算效率.散熱結構拓撲優(yōu)化本文研究了最佳散熱結構設計問題,建立了以最佳散熱效果為目標的結構拓撲優(yōu)化問題的提法和求解方法.以單元材料密度為設計變量,以結構的散熱弱度最小化為目標函數(shù),建立了在一定材料用量的條件下具有最佳散熱效果的拓撲優(yōu)化問題的數(shù)學提法.具體設計了內部分布熱源和集中熱源、邊界局部散熱(熱匯)的