發(fā)布時間：2017-03-17 21:08

  本文關(guān)鍵詞：面向功能梯度材料結(jié)構(gòu)設(shè)計的拓撲優(yōu)化方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：功能梯度材料(Functionally Graded Materials,FGM)是指材料的性能呈梯度變化的一種新型材料。結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化是在給定邊界條件下,尋找材料結(jié)構(gòu)的最優(yōu)拓撲構(gòu)型。采用功能梯度材料和結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化設(shè)計是現(xiàn)代結(jié)構(gòu)設(shè)計中輕量化應(yīng)用研究的重要途徑。本文圍繞功能梯度材料結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化方法展開研究,旨在實現(xiàn)功能梯度材料二維平面結(jié)構(gòu)、三維實體結(jié)構(gòu)的拓撲優(yōu)化設(shè)計,這在結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計中具有重要的實際意義。本文主要完成以下工作:(1)將設(shè)計變量與材料組分聯(lián)系起來,構(gòu)建了FGM-SIMP材料模型,結(jié)合梯度靈敏度函數(shù),設(shè)計了以柔順度為目標函數(shù)、取體積為約束條件的功能梯度材料結(jié)構(gòu)變密度拓撲優(yōu)化模型,采用優(yōu)化準則法(Optimization Criteria,OC)求解及獨立網(wǎng)格選擇策略消除數(shù)值不穩(wěn)定問題,計算了單元離散度來分析單元中間密度值情況,實現(xiàn)了功能梯度材料結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化變密度法設(shè)計。(2)構(gòu)建了FGM-ICM材料模型,結(jié)合梯度位移函數(shù),設(shè)計了以結(jié)構(gòu)質(zhì)量最小化為目標、取位移為約束條件的功能梯度材料結(jié)構(gòu)獨立連續(xù)映射(Independent Continuous and Mapping,ICM)拓撲優(yōu)化近似顯式模型,采用線性衰減的過濾方法避免棋盤格現(xiàn)象和網(wǎng)格依賴性問題,利用拉格朗日乘子法對優(yōu)化模型進行求解。另外,定義了拓撲變量閾值,設(shè)計了拓撲變量閾值動態(tài)調(diào)整策略(Dynamic Adjustment Strategy for Variable Threshold,DASVT),用來消除拓撲變量閾值取值的盲目性,從而得到了邊界清晰的拓撲構(gòu)型。通過數(shù)值算例驗證了本文方法的合理性和有效性,最終實現(xiàn)了功能梯度材料結(jié)構(gòu)ICM拓撲優(yōu)化設(shè)計。(3)基于ICM方法,研究了多工況下功能梯度材料拓撲優(yōu)化設(shè)計,設(shè)計了功能梯度材料結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化多工況問題求解流程,通過算例驗證了本方法在多工況條件下功能梯度材料二維平面結(jié)構(gòu)、三維實體結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化方法的合理性,在一定程度上能夠有效地解決工程實際問題。
【關(guān)鍵詞】：結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化 功能梯度材料 梯度位移函數(shù) 位移約束 變量閾值調(diào)整
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB34
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 論文主要符號參閱表12-13
• 第1章 緒論13-23
• 1.1 課題研究背景及意義13-14
• 1.2 功能梯度材料結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀與進展14-15
• 1.3 國內(nèi)外拓撲優(yōu)化設(shè)計的研究現(xiàn)狀15-21
• 1.3.1 結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化方法15-19
• 1.3.2 數(shù)值不穩(wěn)定性問題19-20
• 1.3.3 優(yōu)化算法20-21
• 1.4 功能梯度材料結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化研究現(xiàn)狀21
• 1.5 本文主要研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)21-23
• 第2章 功能梯度材料結(jié)構(gòu)變密度拓撲優(yōu)化方法23-35
• 2.1 引言23
• 2.2 變密度法SIMP插值模型23-24
• 2.3 優(yōu)化模型的建立和求解過程24-29
• 2.3.1 FGM-SIMP材料模型的建立24-25
• 2.3.2 優(yōu)化模型的建立25-26
• 2.3.3 靈敏度梯度函數(shù)的計算26
• 2.3.4 優(yōu)化模型的求解26-29
• 2.3.5 靈敏度過濾方法29
• 2.3.6 收斂準則及優(yōu)化流程29
• 2.4 數(shù)值算例29-34
• 2.4.1 功能梯度結(jié)構(gòu)MBB梁變密度法拓撲優(yōu)化30-32
• 2.4.2 功能梯度結(jié)構(gòu)的長懸臂梁變密度法拓撲優(yōu)化32-34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 第3章 位移約束下功能梯度材料結(jié)構(gòu)ICM方法35-53
• 3.1 引言35
• 3.2 ICM拓撲優(yōu)化方法35-37
• 3.3 優(yōu)化模型的建立和求解過程37-43
• 3.3.1 FGM-ICM材料模型的建立38
• 3.3.2 優(yōu)化模型的建立38-39
• 3.3.3 節(jié)點梯度位移函數(shù)的顯式化39-40
• 3.3.4 優(yōu)化模型的求解40-41
• 3.3.5 位移貢獻分量的過濾41
• 3.3.6 拓撲變量閾值動態(tài)調(diào)整策略41-42
• 3.3.7 約束限自適應(yīng)動態(tài)調(diào)整策略42-43
• 3.3.8 收斂準則及優(yōu)化流程43
• 3.4 數(shù)值算例43-52
• 3.4.1 功能梯度結(jié)構(gòu)MBB梁ICM拓撲優(yōu)化43-46
• 3.4.2 功能梯度結(jié)構(gòu)的懸臂梁ICM拓撲優(yōu)化46-49
• 3.4.3 功能梯度三維結(jié)構(gòu)MBB梁ICM拓撲優(yōu)化設(shè)計49-52
• 3.5 本章小結(jié)52-53
• 第4章 多工況位移約束下功能梯度材料結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化53-72
• 4.1 引言53
• 4.2 優(yōu)化模型的建立和求解過程53-60
• 4.2.1 顯式優(yōu)化模型的建立53-56
• 4.2.2 優(yōu)化模型的求解56-59
• 4.2.3 位移貢獻分量的過濾59
• 4.2.4 約束限自適應(yīng)動態(tài)調(diào)整策略59-60
• 4.2.5 優(yōu)化設(shè)計流程以及收斂準則60
• 4.3 數(shù)值算例60-71
• 4.3.1 多載荷工況下功能梯度結(jié)構(gòu)的懸臂梁優(yōu)化設(shè)計61-63
• 4.3.2 多工況下復(fù)雜的功能梯度材料結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化63-65
• 4.3.3 工程實際問題的功能梯度結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化設(shè)計65-71
• 4.4 本章小結(jié)71-72
• 總結(jié)與展望72-74
• 參考文獻74-80
• 致謝80-81
• 附錄A（攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄）81-82
• 附錄B（攻讀碩士學(xué)位期間從事的主要研究工作）82

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 高彥峰,王秀峰,羅宏杰;功能梯度材料中的滲流現(xiàn)象及其模型研究[J];陶瓷工程;2000年06期

2 徐智謀,鄭家q，

本文編號：253465