周期性連續(xù)體結(jié)構(gòu)的拓撲優(yōu)化設計研究.pdf

1、周期特征結(jié)構(gòu)以其獨特的構(gòu)型、良好制造性和優(yōu)異力學功能而備受矚目。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計依靠工程師經(jīng)驗和主觀思維給出幾何造型或在現(xiàn)有構(gòu)型上進行尺寸、形狀等低層次優(yōu)化,隨著現(xiàn)代結(jié)構(gòu)設計輕量化要求增強,傳統(tǒng)方法耗時、成本高,發(fā)展?jié)摿τ邢?。拓撲?yōu)化定義在材料布局設計層面,能夠獲取材料最佳安排位置,充分發(fā)揮其承載能力,從根本上對結(jié)構(gòu)提出改進方案,成為現(xiàn)代結(jié)構(gòu)設計關(guān)鍵技術(shù)之一。論文對周期結(jié)構(gòu)特點、類型和應用做了介紹,回顧了拓撲優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展歷程、主流方法和研

2、究領(lǐng)域以及拓撲優(yōu)化技術(shù)在周期結(jié)構(gòu)設計中的研究現(xiàn)狀。在此基礎(chǔ)上,基于SIMP材料模型,結(jié)合改進密度梯度幾何約束法,通過變量關(guān)聯(lián)建立周期結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化模型,對平面格柵、回轉(zhuǎn)圓環(huán)和大長寬比細長結(jié)構(gòu)構(gòu)型設計展開了研究。
　　考慮格柵的加筋特征,提出實體模型加筋構(gòu)型設計處理方法。定義單位質(zhì)量剛度評價指標,分析了蒙皮厚度、加筋高度和材料體分比變化對格柵構(gòu)型和性能的影響規(guī)律,尺寸優(yōu)化驗證了拓撲優(yōu)化分析結(jié)果正確性;開展了單層和雙層格柵尺寸變化下優(yōu)化

3、構(gòu)型和結(jié)構(gòu)性能分析,揭示周期結(jié)構(gòu)尺寸效應的存在。
　　以靜剛度為設計目標對三種典型任意載荷下圓環(huán)進行了構(gòu)型設計,指出不同載荷條件下的尺寸效應臨界子模塊數(shù)不同;研究了圓環(huán)單位質(zhì)量剛度隨內(nèi)外徑比變化規(guī)律,得出內(nèi)外徑比越大結(jié)構(gòu)效率愈低;接著建立了圓環(huán)夾芯結(jié)構(gòu)模型,分析蒙皮及其厚度變化引起的載荷擾動對夾芯構(gòu)型影響機理,提出需要根據(jù)載荷條件進行內(nèi)外蒙皮厚度匹配設計。
　　研究了細長懸臂梁拼接構(gòu)型設計。根據(jù)拼接模塊數(shù)必須為整數(shù),比較了不