本文關(guān)鍵詞：板殼結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)理論方法研究及二次開發(fā)　出處：《北京工業(yè)大學(xué)》2014年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化被公認(rèn)為結(jié)構(gòu)優(yōu)化領(lǐng)域最具有挑戰(zhàn)性的課題。相較于尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化而言，，結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)拓?fù)鋬?yōu)化可以更好的改善結(jié)構(gòu)的靜、動(dòng)力學(xué)性能，并得到造價(jià)低、質(zhì)量輕的高可靠性結(jié)構(gòu)。目前靜力學(xué)拓?fù)鋬?yōu)化已有了相對(duì)成熟的方法，而動(dòng)力學(xué)拓?fù)鋬?yōu)化問題與靜力學(xué)問題相比，其在模型的建立求解、設(shè)計(jì)靈敏度分析、數(shù)值不穩(wěn)定的處理上都有更大的難度。同時(shí)對(duì)于板殼結(jié)構(gòu)來說，由于大多數(shù)板殼結(jié)構(gòu)存在工況復(fù)雜及材料特殊等問題，動(dòng)力學(xué)拓?fù)鋬?yōu)化較少以板殼結(jié)構(gòu)作為研究對(duì)象。因此，對(duì)板殼結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)拓?fù)鋬?yōu)化的理論方法進(jìn)行研究具有非常重要的意義和工程應(yīng)用前景。 本文基于ICM(獨(dú)立、連續(xù)、映射)拓?fù)鋬?yōu)化方法，以結(jié)構(gòu)重量為目標(biāo)，以動(dòng)力學(xué)性能為約束，分別對(duì)動(dòng)力學(xué)特性與動(dòng)力學(xué)響應(yīng)兩方面問題進(jìn)行了研究，并探討了復(fù)合材料、流固耦合等板殼結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)拓?fù)鋬?yōu)化問題。本文主要研究內(nèi)容包括： (1)從ICM方法的基本概念入手，通過引入階躍函數(shù)與磨光函數(shù)，闡述了ICM方法“獨(dú)立”、“連續(xù)”的本質(zhì)特點(diǎn)，并通過對(duì)磨光函數(shù)與過濾函數(shù)的深入探討，研究了“離散—連續(xù)—離散”的映射過程，分析了過濾函數(shù)在求解過程中的識(shí)別作用。 (2)基于ICM方法，建立了頻率約束質(zhì)量最輕的板殼結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化模型。分析了頻率問題數(shù)學(xué)特征方程的性質(zhì)，并以此為依據(jù)研究了局部模態(tài)等數(shù)值不穩(wěn)定問題的產(chǎn)生原因，提出了改進(jìn)方案。利用序列近似對(duì)優(yōu)化模型的約束方程進(jìn)行了顯式化處理，并將優(yōu)化模型的求解分成內(nèi)外兩層，基于對(duì)偶理論將內(nèi)層模型進(jìn)行了對(duì)偶變換，提高了求解效率。 (3)研究了流固耦合下的模態(tài)分析問題，采用虛擬質(zhì)量法將流體對(duì)固體的受迫振動(dòng)微分方程轉(zhuǎn)化成了相對(duì)簡單的模態(tài)分析問題，建立了耦合頻率約束的拓?fù)鋬?yōu)化模型，并利用求解動(dòng)力學(xué)特性拓?fù)鋬?yōu)化問題的方法進(jìn)行了優(yōu)化求解。 (4)基于ICM方法構(gòu)造了新的對(duì)數(shù)型過濾函數(shù)，建立了穩(wěn)態(tài)諧響應(yīng)激勵(lì)的拓?fù)鋬?yōu)化模型，并進(jìn)行了設(shè)計(jì)靈敏度分析，利用序列近似的方法對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行了顯式化處理，采用對(duì)偶二次規(guī)劃方法求解了優(yōu)化模型。 (5)研究了各向異性材料的動(dòng)力學(xué)拓?fù)鋬?yōu)化問題，將ICM方法中的對(duì)各向同性材料的研究拓展到了各向異性材料，并探討了不同鋪層角度的板殼結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)拓?fù)鋬?yōu)化問題。另外，在板殼結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化中通過引入層合材料，將板殼基結(jié)構(gòu)分為了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)區(qū)域與非設(shè)計(jì)區(qū)域，將動(dòng)力學(xué)拓?fù)鋬?yōu)化應(yīng)用到了受到功能限制的板殼結(jié)構(gòu)中去。 (6)在上述優(yōu)化理論和算法的基礎(chǔ)上，以MSC.Nastran軟件為有限元求解器，以MSC.Patran軟件為開發(fā)平臺(tái)，完成了板殼結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)拓?fù)鋬?yōu)化軟件的開發(fā)。利用PCL（Patran Command Language）語言，在MSC.Patran軟件上增加新的菜單和窗口，編寫優(yōu)化程序模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換和優(yōu)化模型的求解。
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TH113;TH122

【參考文獻(xiàn)】

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1 周克民,胡云昌;結(jié)合拓?fù)浞治鲞M(jìn)行平面連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化[J];天津大學(xué)學(xué)報(bào);2001年03期

2 周克民,胡云昌;用可退化有限單元進(jìn)行平面連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化[J];應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào);2002年01期

3 楊德慶,隋允康,劉正興,孫煥純;應(yīng)力和位移約束下連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化[J];應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué);2000年01期

4 O@曉輝;盧文秀;褚福磊;;帶有邊緣徑向裂紋的固支圓板濕模態(tài)分析[J];振動(dòng)工程學(xué)報(bào);2011年06期

本文編號(hào)：1330942