拓撲優(yōu)化作為一種科學(xué)、高效的計算工具,能夠在給定設(shè)計空間內(nèi)尋找到滿足約束的、目標(biāo)性能最優(yōu)的結(jié)構(gòu)拓撲構(gòu)型,被廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域,如機械、生物、醫(yī)療等。然而,傳統(tǒng)基于均質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化設(shè)計已無法滿足現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品對“結(jié)構(gòu)超輕量化”、“功能特殊化”與“性能集成化”的需求。如何充分發(fā)揮材料的微結(jié)構(gòu)在提升產(chǎn)品性能上的潛力,實現(xiàn)同時考慮“材料宏觀分布”與“材料宏觀等效屬性”的結(jié)構(gòu)/材料多尺度設(shè)計,已成為當(dāng)前結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化領(lǐng)域的熱點和難點。本文首先以機械超材料為研究對象,采用參數(shù)化水平集拓撲優(yōu)化方法和均勻化理論,優(yōu)化材料微結(jié)構(gòu);其次構(gòu)建結(jié)構(gòu)/材料多尺度拓撲優(yōu)化設(shè)計模型,深入研究了單類微結(jié)構(gòu)、多類微結(jié)構(gòu)以及動力學(xué)等情形。首先,提出了基于參數(shù)化水平集的機械超材料拓撲優(yōu)化設(shè)計模型。面向材料微結(jié)構(gòu),基于平均應(yīng)力應(yīng)變理論,提出了能量均勻化方法,解決了數(shù)值均勻化中理論推導(dǎo)繁瑣、周期性邊界條件難以施加等問題,可用于評估材料宏觀等效屬性�；趨�(shù)化水平集和能量均勻化方法,建立了機械超材料微結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化設(shè)計模型,并采用最大體積模量、最大剪切模量和負泊松比等數(shù)值案例,針對2D和3D兩種情形,驗證了該模型的有效性。其次,... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省211工程院校985工程院校教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：169 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
1 緒論
    1.1 課題的來源、背景、目的及意義
    1.2 拓撲優(yōu)化方法國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 結(jié)構(gòu)/材料多尺度拓撲優(yōu)化國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.4 現(xiàn)狀總結(jié)與問題分析
    1.5 本文的主要工作與結(jié)構(gòu)
2 基于參數(shù)化水平集與能量均勻化的材料拓撲優(yōu)化設(shè)計
    2.1 引言
    2.2 參數(shù)化水平集方法
    2.3 能量均勻化方法
    2.4 材料微結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化設(shè)計模型
    2.5 靈敏度分析與數(shù)值實施
    2.6 數(shù)值案例與結(jié)果分析
    2.7 本章小結(jié)
3 考慮單類微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)/材料多尺度剛度拓撲優(yōu)化設(shè)計
    3.1 引言
    3.2 單類微結(jié)構(gòu)的多尺度剛度優(yōu)化問題描述
    3.3 單類微結(jié)構(gòu)的多尺度剛度優(yōu)化設(shè)計模型
    3.4 多尺度剛度靈敏度分析與數(shù)值實施
    3.5 單類微結(jié)構(gòu)的多尺度剛度拓撲優(yōu)化設(shè)計流程
    3.6 數(shù)值案例與結(jié)果分析
    3.7 本章小結(jié)
4 考慮多類微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)/材料多尺度剛度拓撲優(yōu)化設(shè)計
    4.1 引言
    4.2 多類微結(jié)構(gòu)的多尺度剛度優(yōu)化問題描述
    4.3 多類微結(jié)構(gòu)的多尺度剛度優(yōu)化設(shè)計模型
    4.4 多尺度剛度靈敏度分析與數(shù)值實施
    4.5 多類微結(jié)構(gòu)的多尺度剛度拓撲優(yōu)化設(shè)計流程
    4.6 數(shù)值案例與結(jié)果分析
    4.7 本章小結(jié)
5 考慮多類微結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)/材料多尺度頻響拓撲優(yōu)化設(shè)計
    5.1 引言
    5.2 結(jié)構(gòu)動力學(xué)有限元分析
    5.3 多類微結(jié)構(gòu)的多尺度頻響優(yōu)化問題描述
    5.4 多類微結(jié)構(gòu)的多尺度頻響優(yōu)化設(shè)計模型
    5.5 多尺度頻響靈敏度分析與數(shù)值實施
    5.6 動力學(xué)有限元模型降階策略
    5.7 數(shù)值案例與結(jié)果分析
    5.8 本章小結(jié)
6 工程案例應(yīng)用
    6.1 拉脹超材料負泊松比性能仿真測試分析
    6.2 航空航天高輕質(zhì)點陣結(jié)構(gòu)剛度優(yōu)化設(shè)計
    6.3 某衛(wèi)星推進艙主承力結(jié)構(gòu)多尺度剛度拓撲優(yōu)化設(shè)計
    6.4 本章小結(jié)
7 總結(jié)與展望
    7.1 全文總結(jié)
    7.2 創(chuàng)新之處
    7.3 工作展望
致謝
參考文獻
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文目錄


【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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[3]基于結(jié)構(gòu)和材料一體化的多尺度動力優(yōu)化設(shè)計[D]. 牛斌.大連理工大學(xué) 2010

碩士論文
[1]基于移動可變形組件框架的拓撲優(yōu)化方法[D]. 袁杰.大連理工大學(xué) 2016
[2]復(fù)合材料結(jié)構(gòu)多尺度一體化優(yōu)化設(shè)計[D]. 熊海林.華中科技大學(xué) 2016



本文編號：3634120