【摘要】：結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化是近年來結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究領(lǐng)域中的前沿課題和熱點(diǎn)問題,它可在改善或保持結(jié)構(gòu)性能的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)材料最優(yōu)分布。采用拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)不僅能縮短設(shè)計(jì)周期,降低裝備重量,提升產(chǎn)品整體設(shè)計(jì)水平,而且還可以解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中難以解決的設(shè)計(jì)問題。本文以某機(jī)載控制臺(tái)為研究對(duì)象,利用有限元分析法與結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)相關(guān)的理論和方法,對(duì)機(jī)載控制臺(tái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)數(shù)學(xué)規(guī)劃法相關(guān)理論,采用寬容分層序列法對(duì)控制臺(tái)下臺(tái)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分步拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì),以實(shí)現(xiàn)特定結(jié)構(gòu)的多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化問題。第1步以剛度為優(yōu)化目標(biāo)、體積分?jǐn)?shù)為約束條件進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)獲得拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果。增加優(yōu)化結(jié)果設(shè)計(jì)寬容值重新建立拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)空間。第2步以一階頻率為優(yōu)化目標(biāo),以體積分?jǐn)?shù)與頻率響應(yīng)位移作為約束條件進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化分析,獲得拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)概念模型。然后對(duì)拓?fù)浣Y(jié)果進(jìn)行局部調(diào)整后,并參照傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的截面尺寸與厚度進(jìn)行參數(shù)化技術(shù)建模,最終得到拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果模型�；谕�?fù)鋬?yōu)化結(jié)果模型選取下臺(tái)架結(jié)構(gòu)各桿件的厚度作為設(shè)計(jì)變量,分別以下臺(tái)架結(jié)構(gòu)的一階、二階固有頻率作為優(yōu)化目標(biāo),以總重量作為約束條件進(jìn)行靈敏度分析,并根據(jù)靈敏度分析結(jié)果重新選擇優(yōu)化設(shè)計(jì)變量對(duì)控制臺(tái)下臺(tái)架進(jìn)行二級(jí)尺寸優(yōu)化。尺寸優(yōu)化后比尺寸優(yōu)化前質(zhì)量約減輕5.711%,同時(shí)一階固有頻率提升40.45%、二階固有頻率提升46.58%,改變效果十分明顯。通過對(duì)傳統(tǒng)(常規(guī))設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)與拓?fù)湓O(shè)計(jì)獲得的結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析對(duì)比,結(jié)果表明拓?fù)湓O(shè)計(jì)獲得的結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)質(zhì)量增加較小,但是低階固有頻率提高顯著,說明通過拓?fù)湓O(shè)計(jì)獲得的結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)具有較好動(dòng)態(tài)性能。最后對(duì)拓?fù)鋬?yōu)化獲得的控制臺(tái)結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)仿真分析對(duì)比驗(yàn)證,并通過振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)試進(jìn)行驗(yàn)證,表明設(shè)計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確、可靠。
【圖文】：

西華大學(xué)碩士學(xué)位論文.2 OptiStruct 常用優(yōu)化類型（1） OptiStruct 拓?fù)鋬?yōu)化拓?fù)鋬?yōu)化是指在給定目標(biāo)函數(shù)與約束體積情況下尋找設(shè)計(jì)域內(nèi)材料的最優(yōu)分布在滿足結(jié)構(gòu)性能（比如應(yīng)力、位移、剛度、頻率等）要求的情況下，通過拓?fù)鋬?yōu)化方法來尋找材料的最優(yōu)結(jié)構(gòu)分布，，是一種創(chuàng)新性的概念設(shè)計(jì)方法。與尺寸優(yōu)化、形化相比是一種更高級(jí)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。下圖 3.2 是通過 OptiStruct 模塊對(duì)汽車控制行的拓?fù)鋬?yōu)化。

圖 3.2 拓?fù)鋬?yōu)化示例Fig.3.2 Topology optimization example（2） OptiStruct 尺寸優(yōu)化尺寸優(yōu)化是 OptiStruct 提供的繼拓?fù)鋬?yōu)化后的一種詳細(xì)設(shè)計(jì)方法，常用于對(duì)優(yōu)化有了大概形狀后通過改變優(yōu)化模型的尺寸參數(shù)來達(dá)到優(yōu)化目標(biāo)，比如桿的直徑、厚性元件的剛度系數(shù)等，通過尺寸優(yōu)化可以使結(jié)構(gòu)的性能更加均衡、尺寸參數(shù)分布更理。下圖 3.3 是厚度尺寸優(yōu)化的一個(gè)示例。
【學(xué)位授予單位】：西華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH122

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本文編號(hào)：2563556