發(fā)布時(shí)間：2020-05-28 19:57

【摘要】：結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在建筑幾何、機(jī)械工程、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等眾多學(xué)科領(lǐng)域中都是一個(gè)極其重要的問(wèn)題,一般是指為了滿足預(yù)定目標(biāo)(如重量最輕、造價(jià)最小、強(qiáng)度最高等),在某些約束條件下(如體積、重量、幾何約束等),對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的常見(jiàn)目標(biāo)之一便是如何設(shè)計(jì)并優(yōu)化結(jié)構(gòu)以在盡可能節(jié)省材料的基礎(chǔ)上滿足特定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求,文章通過(guò)優(yōu)化筋肋結(jié)構(gòu)來(lái)達(dá)到這一目的。筋肋結(jié)構(gòu)具有很好的抗彎性,而且不會(huì)占用太多的空間,因而一般用來(lái)給殼結(jié)構(gòu)做應(yīng)力加強(qiáng)。雖然該結(jié)構(gòu)在建筑工程中已有大量應(yīng)用,但對(duì)于一個(gè)任意的曲面如何生成合理的筋肋網(wǎng)絡(luò)來(lái)達(dá)到較好的應(yīng)力加強(qiáng)效果,仍然是一個(gè)較難的問(wèn)題,文章提出了一個(gè)算法來(lái)自動(dòng)生成筋肋網(wǎng)絡(luò)以加強(qiáng)任意的殼結(jié)構(gòu)。文章的基本思路是沿著曲面的主應(yīng)力線布置肋條,主應(yīng)力線反映了物體內(nèi)部應(yīng)力的走向,自然地反映了任何結(jié)構(gòu)在給定外力情況下的最佳拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。給定一個(gè)曲面并將其看作一個(gè)有厚度的殼結(jié)構(gòu),在指定外力后對(duì)殼進(jìn)行有限元分析計(jì)算其表面的主應(yīng)力方向,借助這一正交向量場(chǎng)計(jì)算一個(gè)場(chǎng)方向?qū)R的全局參數(shù)化,并提取一個(gè)四邊形網(wǎng)格,這樣四邊形網(wǎng)格的邊都沿著曲面的主應(yīng)力方向,然后通過(guò)追蹤連續(xù)的網(wǎng)格邊得到初始的筋肋網(wǎng)絡(luò)。接下來(lái)再對(duì)該筋肋結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)浜蛶缀蝺?yōu)化�？紤]到初始筋肋網(wǎng)絡(luò)中可能存在大量冗余的肋條,拓?fù)鋬?yōu)化首先刪除對(duì)殼貢獻(xiàn)度較低的肋條,然后優(yōu)化余下肋條的位置。幾何優(yōu)化進(jìn)一步對(duì)每根肋條的截面形狀進(jìn)行優(yōu)化,以用較少的材料達(dá)到最好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,對(duì)殼起到最佳的加強(qiáng)效果。文章通過(guò)理論分析和物理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法的有效性。文章最后對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié),并對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行了展望。
【圖文】：

邐第１章緒邋論邐逡逑第１章緒邋論逡逑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)（Ｏｐｔｉｍａｌ邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ）在建筑幾何、機(jī)械工程、計(jì)算機(jī)逡逑圖形學(xué)等眾多領(lǐng)域都是一個(gè)重要的研究熱點(diǎn)，在建筑幾何中，，存在很多具有美逡逑感、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度很高的建筑結(jié)構(gòu)，如圖１．１所展示的大樓、體育館、鋼架橋等等，這逡逑些建筑結(jié)構(gòu)一般都是在有了初步想法后設(shè)計(jì)出雛形，然后經(jīng)過(guò)反復(fù)的分析、優(yōu)逡逑化、改進(jìn)，直到滿足各方面的要求。除了建筑設(shè)計(jì)，在機(jī)械工程中，同樣到處存逡逑

就是給一定數(shù)量的材料，通過(guò)確定這些材料在整個(gè)設(shè)計(jì)域內(nèi)的空間分逡逑布，使得最終得到的結(jié)構(gòu)在滿足條件的前提下達(dá)到最大的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。逡逑圖１．３展示了一個(gè)梁結(jié)構(gòu)在這三個(gè)層次下優(yōu)化前后的結(jié)構(gòu)對(duì)比，可以直觀地了解逡逑到這三種結(jié)構(gòu)優(yōu)化的作用效果。逡逑２逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU318

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4 董耀e

本文編號(hào)：2685752