【摘要】：晶格結(jié)構(gòu)由于其各方面性能表現(xiàn)良好,在過去的幾十年中,受到廣泛的重視。近年來,三維打印技術(shù)的發(fā)展更是為復雜晶格結(jié)構(gòu)的制造提供了可能,于是工業(yè)界對于復雜晶格結(jié)構(gòu)設計的需求越來越大。然而,目前的晶格結(jié)構(gòu)設計方法還難以有效設計復雜的晶格結(jié)構(gòu)。其中一個重要的原因是所使用的簡單單元結(jié)構(gòu)往往不能充分滿足設計需求。為此,本文研究基于豐富單元結(jié)構(gòu)的晶格結(jié)構(gòu)設計方法,以更好地滿足復雜的晶格結(jié)構(gòu)設計需要。本文的主要研究工作包括:1.提出一種基于多級單元的候選單元結(jié)構(gòu)生成方法。首先,給出了有效單元結(jié)構(gòu)的約束條件;然后,以其為基礎,給出了多級單元結(jié)構(gòu)的生成方法—基于約束條件快速生成簡單的一級單元結(jié)構(gòu),而后遞增式生成更復雜的二級單元結(jié)構(gòu),以增加單元結(jié)構(gòu)的豐富性。該方法能夠高效地生成充分豐富有效的候選單元結(jié)構(gòu)。2.提出高質(zhì)量單元結(jié)構(gòu)庫的構(gòu)建方法。首先,給出了有效篩選候選單元結(jié)構(gòu)的準則和一種快速計算單元結(jié)構(gòu)物理屬性的方法;然后,以它們?yōu)榛A,從所有候選單元結(jié)構(gòu)中綜合優(yōu)選出適合于構(gòu)建單元結(jié)構(gòu)庫的單元結(jié)構(gòu)。該方法能夠有效構(gòu)建質(zhì)量保證、結(jié)構(gòu)豐富但不冗余的單元結(jié)構(gòu)庫。3.提出單元結(jié)構(gòu)選擇函數(shù),實現(xiàn)拓撲優(yōu)化引導的晶格結(jié)構(gòu)設計。首先根據(jù)拓撲優(yōu)化得到的網(wǎng)格單元密度和選擇函數(shù),從單元結(jié)構(gòu)庫中選擇合適的單元結(jié)構(gòu),生成晶格結(jié)構(gòu);然后,應用響應面優(yōu)化方法優(yōu)化生成晶格結(jié)構(gòu)的幾何尺寸。該方法能有效實現(xiàn)晶格結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計。實驗結(jié)果表明,本文提出的晶格結(jié)構(gòu)設計方法具有有效性。
【圖文】：

結(jié)構(gòu)上以桿單元的尺寸參數(shù)為變量進行尺寸優(yōu)化，在尺寸優(yōu)化過程，刪除尺寸小逡逑于指定閾值的桿單元，以達到優(yōu)化拓撲的目的。逡逑在Ｓｉｇｍｕｎｄｗ提出的定制指定彈性材料的方法中，使用如圖１－１所示的基結(jié)逡逑構(gòu)。他們使用逆均勾化（ｈｏｍｏｇｅｎｉｚａｔｉｏｎ）方法在該基結(jié)構(gòu)上設計具有指定材料屬性逡逑的單元結(jié)構(gòu)。其中包括具有負數(shù)泊松比的單元結(jié)構(gòu)，如圖１－２所示。逡逑］邐丨逡逑－－ｖ＊．逡逑／＿Ｔ邋１邋．邋Ａ，邋Ｖ－二Ｙ＊￥ＲＳｅ９ｅ＾ＢＭｓ８Ｗｖ逡逑牟邐｜邋ｙ邋＾逡逑ｌｉＵ－邐一逡逑圖１－１邋Ｓｉｇｍｕｎｄ等［３］使用的基結(jié)構(gòu)逡逑基結(jié)構(gòu)優(yōu)化法是一種同時優(yōu)化拓撲結(jié)構(gòu)和幾何尺寸的優(yōu)化方法，常用于生成逡逑具有特定性質(zhì)的單元結(jié)構(gòu)，能生成直接可用的晶格結(jié)構(gòu)。不過，基結(jié)構(gòu)中桿單元逡逑的密度較高如圖１－１所示，原因在于經(jīng)典的基結(jié)構(gòu)優(yōu)化法在優(yōu)化過程中只減少桿逡逑單元、不增加桿單元。為防止錯過最優(yōu)解，，該方法的結(jié)點和桿單元都要足夠密集逡逑［２］。正是因為這個特點，該方法在用于結(jié)點較多的晶格結(jié)構(gòu)生成時，將非常耗時。逡逑２逡逑

全部填充材料。介于０和１之間的密度，在優(yōu)化過程被假設為有相同楊氏模量的逡逑材料與之對應。實際上，大多拓撲優(yōu)化方法會添加懲罰因子，以使網(wǎng)格的密度變逡逑量的取值盡可能靠近０和１。拓撲優(yōu)化方法優(yōu)化的懸臂梁模型如圖１－３［４］所示。逡逑＾邐邐邐￣；逡逑⑷Ｉ邐ｉ逡逑圖１－３拓撲優(yōu)化結(jié)果示意圖：（ａ）懸梁臂模型及其邊界條件；（ｂ）體積比為２０％的優(yōu)化結(jié)果逡逑大多拓撲優(yōu)化方法認為網(wǎng)格的泊松比是常數(shù)，網(wǎng)格的密度僅與楊氏模量有函逡逑３逡逑
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB303

【參考文獻】

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1 魏錦輝;任偉新;;結(jié)構(gòu)有限元模型修正的自適應響應面方法[J];振動與沖擊;2013年08期

本文編號：2692304