【摘要】：與其他結構優(yōu)化方法相比,拓撲優(yōu)化方法能在結構幾何和拓撲信息均未知的概念設計階段進行,被視為最有力的一種結構優(yōu)化方法。但是,目前大量的拓撲優(yōu)化研究仍側重于剛度相關問題,而在實際工程應用中,剛度要求并不是唯一的設計指標,同時還需要考慮結構強度要求,而強度要求通常通過應力約束來滿足。因此,基于應力約束的拓撲優(yōu)化問題和方法研究具有極大的工程實際意義。本文針對現有應力約束下結構拓撲優(yōu)化方法存在計算效率低、穩(wěn)定性差等問題,提出了有效的解決方法,并將其應用于應力約束下體積-柔度最小化結構拓撲優(yōu)化、應力約束下多相材料連續(xù)體結構拓撲優(yōu)化,以及應力約束下多相材料柔性機構拓撲優(yōu)化中,主要工作如下:首先,提出了基于應力懲罰的結構拓撲優(yōu)化模型。為求解應力約束下結構拓撲優(yōu)化問題,通過應力懲罰控制結構局部應力,同時提出了一種自適應應力懲罰因子調整策略,以提高局部應力的控制能力。在此基礎上,結合參數化水平集方法構建了基于應力懲罰的結構拓撲優(yōu)化模型,開展了基于形狀導數的敏度分析,并利用優(yōu)化準則法進行求解。最后結合工程算例,驗證了所提出模型的可行性和有效性。其次,提出了基于應力懲罰和自適應體積的結構拓撲優(yōu)化方法。該方法將應力約束下體積-柔度最小化結構拓撲優(yōu)化問題分解為基于應力懲罰的柔度最小化問題和體積確定問題。在求解體積確定問題時,提出了一種區(qū)間搜索和局部搜索相結合的方法,以提升體積確定的效率。最后結合工程算例,驗證了所提出方法的可行性和有效性。接著,提出了基于應力懲罰的多相材料連續(xù)體結構拓撲優(yōu)化方法。利用多相材料水平集描述模型,描述多相材料連續(xù)體結構的材料分布,構建了剛度插值模型和可分離應力插值模型,分別計算結構的彈性剛度和應力。在此基礎上,結合參數化水平集方法構建了基于應力懲罰的多相材料連續(xù)體結構拓撲優(yōu)化模型。分別研究了應力約束下柔度最小化和全局應力最小化多相材料連續(xù)體結構拓撲優(yōu)化問題,開展了敏度分析,并利用優(yōu)化準則法求解。最后結合工程算例,驗證了所提出方法的可行性和有效性。然后,提出了基于應力懲罰的多相材料柔性機構拓撲優(yōu)化方法。利用加權法同時優(yōu)化柔性機構的輸出位移和柔度,采用應力懲罰控制結構局部應力,構建了基于應力懲罰的多相材料柔性機構拓撲優(yōu)化模型,基于形狀導數開展了敏度分析,并采用優(yōu)化準則法求解。最后結合工程算例,驗證了所提出方法的可行性與有效性。最后,對本文的研究工作進行了總結,并指出了今后的研究方向。
【圖文】：

技 大 學 碩 士 學.3。結構中集中力施加位置的給定為：1( ) ( ) 0.5 eNeeG H d A 計域的面積。在優(yōu)化和有限元力懲罰因子0=5，區(qū)間差值

兩種材料（鋁和鋼）分別被用于 L 型梁的優(yōu)化設計。圖 2-2 和 2-3 分別給出了兩種優(yōu)化得到的 L 型梁最優(yōu)結構對應的材料分布和應力分布情況。圖2-2 針對兩種不同材料基于應力懲罰的柔度最小化拓撲優(yōu)化得到的L型梁最優(yōu)結構的材料分布和應力分布情況：（a）鋁；（b）鋼
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH112

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本文編號：2625618