發(fā)布時間：2020-03-23 23:11

【摘要】：加筋板具有輕質(zhì)高強等特點,廣泛應(yīng)用在航空航天汽車船舶等領(lǐng)域,合理布置加強筋有利于充分提高結(jié)構(gòu)的力學性能。拓撲優(yōu)化方法具有低成本、高效益等優(yōu)勢,能顯著提高工程設(shè)計的效率、縮短工程設(shè)計的周期。本文以水平集方法(Level set method)和可移動變形組件法(Moving Morphable Components method)作為框架,分別對加強筋布局優(yōu)化問題進行了相關(guān)探索,具體內(nèi)容如下:1、Kirchhoff板單元與等效剛度理論的研究。傳統(tǒng)加筋板研究主要采用形狀優(yōu)化和尺寸優(yōu)化,加強筋布局只能從有限的加強筋構(gòu)型中獲得;而目前拓撲優(yōu)化對加筋板的研究主要采用實體單元,計算量較大,計算精度較低,且優(yōu)化結(jié)果往往存在大量灰度單元。本文推導了用于薄板結(jié)構(gòu)分析的Kirchhoff板單元,分析比較了Kirchhoff板單元與實體單元的計算效率和精度。闡述了等效剛度理論的基本思想,研究了等效剛度模型與精細模型的位移模式,比較了兩種模型的精度。2、基于水平集方法的薄板加強筋布局優(yōu)化研究。本文使用不同的抗彎剛度表征薄板與加強筋,將加筋板等效為具有不同抗彎剛度的薄板,利用水平集函數(shù)描述加強筋的分布,提出薄板加強筋布局優(yōu)化的水平集方法,并給出了拓撲優(yōu)化進行加強筋布局優(yōu)化的基本思路。本文推導了驅(qū)動水平集演化的速度場的構(gòu)造過程,通過幾個數(shù)值算例驗證了提出方法的有效性,并與傳統(tǒng)方法進行比較突出該方法的優(yōu)勢。3、基于移動變形組件法的復(fù)合材料加筋板布局優(yōu)化研究。本文利用一系列可以移動、變形、相交和融合的組件描述加強筋的分布,建立了復(fù)合材料加筋板加強筋布局顯式拓撲優(yōu)化的基本框架。同時,結(jié)合層合板彎曲的基本理論,推導了復(fù)合材料加強筋布局優(yōu)化的優(yōu)化列式,分析了兩種材料界面上應(yīng)力/應(yīng)變張量可能的不連續(xù)性,并給出了其靈敏度的表達式。通過幾個數(shù)值算例驗證了基于MMC方法的復(fù)合材料加筋板加強筋布局優(yōu)化的可行性,并與隱式拓撲優(yōu)化進行比較,展示了該方法突出的優(yōu)點。此外,通過一個工程實例,突出展示了該方法對于指導工程設(shè)計的實際意義。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：V214.4

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