【摘要】：結(jié)構(gòu)拓撲優(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問題,它可在改善或保持結(jié)構(gòu)性能的基礎(chǔ)上實現(xiàn)材料最優(yōu)分布。采用拓撲優(yōu)化技術(shù)不僅能縮短設(shè)計周期,降低裝備重量,提升產(chǎn)品整體設(shè)計水平,而且還可以解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)設(shè)計中難以解決的設(shè)計問題。本文以某機載控制臺為研究對象,利用有限元分析法與結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化技術(shù)相關(guān)的理論和方法,對機載控制臺進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。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控制臺下臺體結(jié)構(gòu)進行分步拓撲優(yōu)化設(shè)計,以實現(xiàn)特定結(jié)構(gòu)的多目標(biāo)拓撲優(yōu)化問題。第1步以剛度為優(yōu)化目標(biāo)、體積分數(shù)為約束條件進行拓撲優(yōu)化設(shè)計獲得拓撲優(yōu)化結(jié)果。增加優(yōu)化結(jié)果設(shè)計寬容值重新建立拓撲優(yōu)化設(shè)計空間。第2步以一階頻率為優(yōu)化目標(biāo),以體積分數(shù)與頻率響應(yīng)位移作為約束條件進行拓撲優(yōu)化分析,獲得拓撲優(yōu)化設(shè)計概念模型。然后對拓撲結(jié)果進行局部調(diào)整后,并參照傳統(tǒng)設(shè)計的截面尺寸與厚度進行參數(shù)化技術(shù)建模,最終得到拓撲優(yōu)化設(shè)計結(jié)果模型�；谕負鋬�(yōu)化結(jié)果模型選取下臺架結(jié)構(gòu)各桿件的厚度作為設(shè)計變量,分別以下臺架結(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)計變量對控制臺下臺架進行二級尺寸優(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。通過對傳統(tǒng)(常規(guī))設(shè)計的結(jié)構(gòu)與拓撲設(shè)計獲得的結(jié)構(gòu)進行模態(tài)分析對比,結(jié)果表明拓撲設(shè)計獲得的結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)質(zhì)量增加較小,但是低階固有頻率提高顯著,說明通過拓撲設(shè)計獲得的結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)具有較好動態(tài)性能。最后對拓撲優(yōu)化獲得的控制臺結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)進行隨機振動仿真分析對比驗證,并通過振動試驗測試進行驗證,表明設(shè)計結(jié)果的準確、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 拓撲優(yōu)化拓撲優(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，通過拓撲優(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)計方法。與尺寸優(yōu)化、形化相比是一種更高級的優(yōu)化設(shè)計方法。下圖 3.2 是通過 OptiStruct 模塊對汽車控制行的拓撲優(yōu)化。

圖 3.2 拓撲優(yōu)化示例Fig.3.2 Topology optimization example（2） OptiStruct 尺寸優(yōu)化尺寸優(yōu)化是 OptiStruct 提供的繼拓撲優(yōu)化后的一種詳細設(shè)計方法，常用于對優(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)化的一個示例。
【學(xué)位授予單位】：西華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH122

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本文編號：2563556