本文關(guān)鍵詞：水下耐壓殼體拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法探究　出處：《上海交通大學(xué)》2014年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：拓?fù)鋬?yōu)化方法作為一種結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)工具，為工程設(shè)計(jì)者在給定目標(biāo)函數(shù)（如最小柔順度）和約束（如材料體積，應(yīng)力）的條件下尋找最優(yōu)的材料分布形式提供了極大的便利。 本文主要探索了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法在水下耐壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。隨著高性能材料的應(yīng)用，在不同工況下最優(yōu)的水下耐壓殼體形式也有待于在經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)一步探索。傳統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法主要是以考慮加強(qiáng)筋型號(hào)及殼體厚度的尺寸優(yōu)化和特定拓?fù)湫问较碌男螤顑?yōu)化為主。而拓?fù)鋬?yōu)化方法則是在給定的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則下尋找設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)最優(yōu)的材料分布，允許設(shè)計(jì)者得到無法憑經(jīng)驗(yàn)預(yù)料到的結(jié)構(gòu)新形式。 在水下耐壓結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)中，壓力加載面會(huì)隨著結(jié)構(gòu)輪廓的變化而變化，相應(yīng)的壓力作用情況也會(huì)改變，從而導(dǎo)致最優(yōu)結(jié)果與固定荷載時(shí)得到的不同。而由變密度法得到的中間結(jié)構(gòu)拓?fù)浒S多灰度單元，并沒有確定的結(jié)構(gòu)輪廓。因此，，優(yōu)化進(jìn)程中確定合適的壓力加載面成為解決此類優(yōu)化問題的關(guān)鍵�？紤]到由SIMP模型得到的中間拓?fù)鋵?shí)際上可以看作是灰度圖，本文提出了基于圖像分割技術(shù)的壓力加載面搜索方法。本文采用了基于水平集的灰度圖像邊界探測(cè)算法，并將其拓展到三維問題，從而保證了三維耐壓結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的實(shí)現(xiàn)。繼承了水平集方法的優(yōu)點(diǎn)，提出的加載面搜索方法比傳統(tǒng)方法更加穩(wěn)定，更具一般性，且對(duì)設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)依賴性較小。 在實(shí)際的水下耐壓結(jié)構(gòu)形式選擇中，需要考慮成本、材料強(qiáng)度及可靠性等各類因素。為了簡化計(jì)算模型，本文首先研究了給定材料約束的最小柔順度（最大剛度）設(shè)計(jì)問題。因?yàn)樗聺撈鞯哪蛪簹んw在相當(dāng)長的距離內(nèi)結(jié)構(gòu)形式保持一致，本文首先研究了靜水壓力作用下的平面應(yīng)變問題，驗(yàn)證了圓柱殼作為耐壓結(jié)構(gòu)的合理性。另外，通過采用不同的位移邊界條件，利用軸對(duì)稱模型研究了不同的耐壓殼體形式。優(yōu)化結(jié)果說明了提出的算法在多球交接耐壓殼等結(jié)構(gòu)新形式探索中的應(yīng)用前景。最后，研究了靜水壓力作用下的三維模型并優(yōu)化得到了球殼。算法的實(shí)現(xiàn)說明，只要給定合適的邊界條件，利用本文提出的算法完全有可能得到滿足要求的最優(yōu)耐壓結(jié)構(gòu)。同時(shí)，合理的計(jì)算結(jié)果進(jìn)一步證明了提出的加載面搜索算法在處理復(fù)雜壓力作用面方面的優(yōu)勢(shì)。 最后，研究了考慮應(yīng)力約束的二維連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)問題并詳述了算法的具體實(shí)施過程。依賴于提出的加載面搜索算法的穩(wěn)定性及處理離散材料密度分布方面的優(yōu)點(diǎn)，本文研究了考慮材料強(qiáng)度的耐壓結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)問題并得到了合理的計(jì)算結(jié)果。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：U661.4;U674.941

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1311646