【摘要】：箱型梁結(jié)構(gòu)是機(jī)械設(shè)備中較為常見的承載結(jié)構(gòu),傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)所得的結(jié)構(gòu)往往比較笨重,市場競爭力低下。本文針對箱型梁結(jié)構(gòu),基于變密度法理論,在完成靜力學(xué)拓?fù)鋬?yōu)化問題的分析后,進(jìn)一步研究了動力學(xué)優(yōu)化問題,在考慮靜力性能的同時兼顧其動態(tài)特性,編寫程序計(jì)算優(yōu)化模型后獲得了新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。本文的主要研究內(nèi)容如下:1、選用了變密度法拓?fù)淅碚?通過密度-剛度插值數(shù)學(xué)模型構(gòu)建了設(shè)計(jì)變量與材料屬性的關(guān)系,建立了描述箱型梁結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的數(shù)學(xué)模型。2、對于優(yōu)化過程中常出現(xiàn)的數(shù)值問題,采用了不同的過濾函數(shù)進(jìn)行解決,對于動態(tài)優(yōu)化問題中的局部模態(tài)問題,通過修改SIMP模型予以解決,優(yōu)化過程中變量的迭代計(jì)算通過OC準(zhǔn)則實(shí)現(xiàn)。3、基于有限單元法進(jìn)行箱型梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析,分別選用了四節(jié)點(diǎn)矩形單元和八節(jié)點(diǎn)長方體單元對二維以及三維連續(xù)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散處理,推導(dǎo)獲得了總體剛度和質(zhì)量矩陣后,分析了邊界條件和載荷的處理方法,完成了靜力學(xué)參數(shù)求解,同時采用MATLAB功能函數(shù)、矢量逆迭代法以及子空間法計(jì)算了結(jié)構(gòu)的低階固有頻率。4、對于靜力學(xué)優(yōu)化問題,建立了最小柔順度優(yōu)化模型,通過算例求解了二維結(jié)構(gòu)和三維結(jié)構(gòu)的優(yōu)化問題并對懲罰因子和過濾半徑等參數(shù)進(jìn)行了分析,對特殊的帶有規(guī)則幾何約束結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋯栴}和大規(guī)模網(wǎng)格劃分下的拓?fù)鋬?yōu)化問題也進(jìn)行了研究。5、關(guān)于動力學(xué)優(yōu)化問題,在靜力學(xué)的研究上建立了位移-基頻約束數(shù)學(xué)模型,并以算例分析了在拓?fù)鋵?yōu)過程中位移、基頻和結(jié)構(gòu)質(zhì)量的變化情況,同時對種類繁多的拓?fù)鋯栴}進(jìn)行了總結(jié),設(shè)計(jì)了一個簡易的界面便于程序的直觀便捷使用。本文的研究內(nèi)容對連續(xù)體結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)和動力學(xué)拓?fù)鋬?yōu)化具有一定的參考價值,優(yōu)化獲得的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以指導(dǎo)與箱型梁結(jié)構(gòu)相關(guān)的工程機(jī)械的設(shè)計(jì),從而可以提高此類產(chǎn)品的市場競爭力。
[Abstract]:Box girder structure is a common bearing structure in mechanical equipment. In this paper, based on the theory of variable density method and the theory of variable density method, the dynamic optimization problem of box girder structure is further studied after the static topology optimization problem is analyzed, and its dynamic characteristics are taken into account while the static performance is considered. A new topology is obtained after programming the optimization model. The main contents of this paper are as follows: 1. The topological theory of variable density method is used to construct the relationship between design variables and material properties through the density stiffness interpolation mathematical model, and the mathematical model to describe the topology optimization of box girder structure is established. Different filtering functions are used to solve the numerical problems that often occur in the optimization process. The local modal problems in the dynamic optimization problems are solved by modifying the SIMP model. The iterative calculation of the variables in the optimization process is realized by OC criterion. 3. Based on the finite element method, the mechanical analysis of box girder structure is carried out. The four-node rectangular element and the eight-node cuboid element are used to discretize the two-dimensional and three-dimensional continuum structures respectively. After the overall stiffness and mass matrix are derived, the boundary conditions and load processing methods are analyzed. At the same time, the MATLAB function, vector inverse iteration method and subspace method are used to calculate the low order natural frequency of the structure. 4. For the static optimization problem, the minimum compliance optimization model is established. The optimization problems of two-dimensional and three-dimensional structures are solved by an example, and the penalty factor and filter radius are analyzed. The special topology problems with regular geometric constraints and the topology optimization problems under large-scale meshing are also studied. 5. For dynamic optimization problems, the displacement-fundamental frequency constrained mathematical model is established in static mechanics. An example is given to analyze the variation of displacement, fundamental frequency and structure mass in the process of topology optimization. At the same time, various topology problems are summarized, and a simple interface is designed to facilitate the intuitive and convenient use of the program. The research content of this paper has certain reference value for the static and dynamic topology optimization of the continuum structure. The optimized topology structure can guide the design of the construction machinery related to the box beam structure. Thus, the market competitiveness of this kind of products can be improved.
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH122

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 周云亭;受扭的箱型梁[J];國外橋梁;1980年01期

2 秦榮;連續(xù)箱型梁橋分析的新方法[J];廣西科學(xué);1998年04期

3 王光林;箱型梁的梁格分析法[J];山西建筑;2005年04期

4 郭作純;林文強(qiáng);;現(xiàn)澆箱型梁施工支撐體系的設(shè)計(jì)與安裝[J];水運(yùn)工程;2006年07期

5 張偉;李偉;;薄壁箱型梁制作工藝[J];科技資訊;2012年14期

6 詹同濟(jì);;西德混凝土箱型梁[J];鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)通訊;1985年12期

7 王利軍;;箱型梁結(jié)構(gòu)裂縫分析與防治[J];交通世界(建養(yǎng).機(jī)械);2008年08期

8 毛益松;單志國;鄭卓淵;夏長青;陳章明;;鋼筋混凝土箱型梁橋的控制爆破拆除[J];采礦技術(shù);2009年06期

9 葉長青;劉喜輝;于延樓;程海根;;疊合箱型梁對稱彎曲時截面應(yīng)力級數(shù)解[J];公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版);2011年02期

10 徐智;范文靜;榮鳳玲;;內(nèi)蒙古河套灌區(qū)總排干新建橋箱型梁施工方法簡述[J];內(nèi)蒙古水利;2013年04期

相關(guān)會議論文 前10條

1 楊綠峰;秦榮;李桂青;;箱型梁橋分析的樣條子域法[A];第五屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集（第三卷）[C];1996年

2 李耀雄;孫璐;;預(yù)應(yīng)力混凝土箱型梁裂縫的防治[A];鐵道科學(xué)技術(shù)新進(jìn)展——鐵道科學(xué)研究院五十五周年論文集[C];2005年

3 羅旗幟;蔣志剛;;箱型梁橋薄膜力的研究[A];全國橋梁結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)大會論文集（下冊）[C];1992年

4 馬寧;;箱型梁橋的橫向內(nèi)力及有效分布寬度的計(jì)算分析[A];全國城市橋梁青年科技學(xué)術(shù)會議論文集[C];1996年

5 劉偉斌;張亞文;;動載荷箱型梁質(zhì)量控制[A];陜西省焊接學(xué)術(shù)會議論文集[C];2008年

6 劉金平;;大型鋼橋箱型梁組對與焊接[A];第二十屆全國橋梁學(xué)術(shù)會議論文集（上冊）[C];2012年

7 龍凱;肖濤;左正興;;動柔順度最小目標(biāo)下的連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化方法[A];第九屆全國振動理論及應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];2007年

8 曾金玲;;拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)在發(fā)動機(jī)零部件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[A];結(jié)構(gòu)及多學(xué)科優(yōu)化工程應(yīng)用與理論研討會’2009（CSMO-2009）論文集[C];2009年

9 邵沛澤;葉紅玲;陳寧;隋允康;;兩種不同過濾函數(shù)屈曲拓?fù)鋬?yōu)化模型理論推導(dǎo)[A];中國力學(xué)大會——2013論文摘要集[C];2013年

10 李剛;;結(jié)構(gòu)的多目標(biāo)全局拓?fù)鋬?yōu)化——收斂性與效率準(zhǔn)則[A];中國力學(xué)大會——2013論文摘要集[C];2013年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前2條

1 本報(bào)記者 安淼;鉆研技術(shù)永無止境[N];秦皇島日報(bào);2010年

2 高文;工業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新手段[N];計(jì)算機(jī)世界;2008年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 高興軍;穩(wěn)定性約束下連續(xù)體結(jié)構(gòu)兩尺度拓?fù)鋬?yōu)化[D];華南理工大學(xué);2015年

2 蔡守宇;基于高精度建模分析的形狀/拓?fù)鋬?yōu)化方法[D];西北工業(yè)大學(xué);2015年

3 趙飛;基于無網(wǎng)格和點(diǎn)密度方法的連續(xù)體與多相材料拓?fù)鋬?yōu)化研究[D];西安電子科技大學(xué);2015年

4 金莫輝;基于偽剛體模型和雅克比矩陣的柔順機(jī)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化方法[D];華南理工大學(xué);2016年

5 劉虎;結(jié)構(gòu)動力學(xué)拓?fù)鋬?yōu)化關(guān)鍵問題研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2015年

6 曹靖;含多相雙模量材料的連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化算法研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2016年

7 胡三寶;多學(xué)科拓?fù)鋬?yōu)化方法研究[D];華中科技大學(xué);2011年

8 陳志敏;基于文化基因算法的拓?fù)鋬?yōu)化方法及其關(guān)鍵技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2010年

9 王曉明;特定功能結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化[D];大連理工大學(xué);2010年

10 李順利;無網(wǎng)格自然鄰接點(diǎn)Petrov-Galerkin法及其在結(jié)構(gòu)分析和拓?fù)鋬?yōu)化中的應(yīng)用[D];湖南大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 趙鶴鳴;基于動態(tài)特性的箱型梁拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)[D];鄭州大學(xué);2017年

2 許代言;基于響應(yīng)面法的軌道交通箱型梁結(jié)構(gòu)—聲學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D];華東交通大學(xué);2016年

3 韓昀璐;預(yù)應(yīng)力混凝土箱型梁橋承載力可靠度評估方法比較分析[D];南京理工大學(xué);2016年

4 張博寧;橋式起重機(jī)箱型梁疲勞與安全性研究[D];遼寧工程技術(shù)大學(xué);2015年

5 武慶祥;北京市箱型梁日照溫度場及影響研究[D];北京建筑大學(xué);2016年

6 馮振寧;預(yù)應(yīng)力混凝土箱型梁橋遭受超高車輛撞擊下的損傷機(jī)理研究[D];天津大學(xué);2016年

7 于海洋;箱型梁結(jié)構(gòu)提高艦船抗艙內(nèi)爆炸可靠性水平的研究[D];上海交通大學(xué);2014年

8 黃e，

本文編號：2421328