本文關(guān)鍵詞：基于拓?fù)鋬?yōu)化的熱幾何穩(wěn)定性設(shè)計方法，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著國內(nèi)整體生產(chǎn)制造水平的提高,高精密制造裝備的制造技術(shù)也日益提高。高精密制造裝備,比如,高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備為航空航天、汽車制造、船舶航母、發(fā)電設(shè)備的發(fā)展提供了實現(xiàn)平臺,研發(fā)功能部件核心技術(shù)和增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力也迫在眉睫。高精密制造裝備的工作精度作為衡量高精密設(shè)備性能的重要指標(biāo)之一,是設(shè)計高精密制造裝備重要設(shè)計參數(shù)。 本文從提高高精密設(shè)備的工作精度入手,考慮高精密設(shè)備的熱工作環(huán)境,以提高設(shè)備的熱幾何穩(wěn)定性為目標(biāo),利用拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù),展開討論,提出了適合相應(yīng)工程背景的數(shù)學(xué)模型,并對拓?fù)鋬?yōu)化中的核心技術(shù)進(jìn)行研究,實現(xiàn)了基于拓?fù)鋬?yōu)化的熱幾何穩(wěn)定性設(shè)計。主要內(nèi)容包括： 1)討論了描述熱幾何穩(wěn)定性的合理的描述函數(shù)、以及考慮結(jié)構(gòu)承載能力的同時提高熱幾何問題性設(shè)計問題的目標(biāo)函數(shù)。對于不同工程問題,應(yīng)該有相應(yīng)的描述函數(shù)和目標(biāo)函數(shù)。對結(jié)構(gòu)應(yīng)變能為目標(biāo)和某一點的位移作為目標(biāo)進(jìn)行比較,引出了熱幾何穩(wěn)定性設(shè)計問題。 2)基于拓?fù)鋬?yōu)化的思想,建立了考慮柔順性約束的熱傳導(dǎo)與承載全耦合的熱幾何穩(wěn)定性設(shè)計的拓?fù)鋬?yōu)化模型和求解方法。提高高精密制造裝備的精度可以從設(shè)計初始概念模型入手,一個好的概念模型可以為后續(xù)的精細(xì)設(shè)計提供重要保障。拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)的出現(xiàn)使得設(shè)計概念模型的想法成為現(xiàn)實,經(jīng)長期實踐和分析證明,拓?fù)淠Ｐ蛯Y(jié)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)果有很大的影響,本文研究了如何提出合適的拓?fù)鋬?yōu)化模型,提出了在剛度約束下熱幾何穩(wěn)定性的優(yōu)化目標(biāo),以高精密制造裝備中的關(guān)鍵點(如高檔數(shù)控機(jī)床的加工刀頭)作為特征點,以特征點在熱環(huán)境改變下的位移作為目標(biāo),并與傳統(tǒng)的基于柔順性為目標(biāo)函數(shù)的傳統(tǒng)模型做了比較,驗證模型的有效性和正確性。 3)設(shè)計了在周圍環(huán)境溫度變化條件下的熱幾何穩(wěn)定性改進(jìn)的結(jié)構(gòu)構(gòu)型,在局部區(qū)域內(nèi)溫度變化引起的熱變形最小的設(shè)計。用給定區(qū)域溫度場的模型來描述外界溫度環(huán)境的改變,在該模型中,需求解溫度載荷和機(jī)械載荷耦合的有限元平衡方程,在目標(biāo)函數(shù)的靈敏度求解上也存在這種耦合。 4)設(shè)計了考慮局部熱源引起的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性最優(yōu)的結(jié)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計。用給定熱源和熱邊界條件的模型來描述外界溫度環(huán)境的改變,該模型在前一個模型的基礎(chǔ)上,增加了熱平衡方程的求解,該項的加入也使得目標(biāo)函數(shù)靈敏度的求解更為復(fù)雜。為了方便比較,本文對插值格式與優(yōu)化算法進(jìn)行統(tǒng)一,均采用固體各向同性懲罰模型(SIMP)進(jìn)行插值,利用SLP算法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化求解計算。 本文工作由國家重點基礎(chǔ)研究(973)計劃項目(2011CB610304)、國家科技支撐計劃(2011BAF11B03)以及高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備科技重大專項(2012ZX04010-011)資助。
【關(guān)鍵詞】：熱力耦合 拓?fù)鋬?yōu)化 目標(biāo)函數(shù) 熱幾何穩(wěn)定性 機(jī)床部件
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TH122
【目錄】：

• 摘要4-8
• Abstract8-10
• 1 緒論10-20
• 1.1 研究熱幾何穩(wěn)定性的背景及意義10-15
• 1.1.1 熱幾何穩(wěn)定性在裝備制造業(yè)中的應(yīng)用背景10-14
• 1.1.2 熱幾何穩(wěn)定性的重要參數(shù)-精度14-15
• 1.2 拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)在考慮機(jī)械載荷和熱載荷的設(shè)計的應(yīng)用15-18
• 1.2.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)15-17
• 1.2.2 熱力耦合拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)目前的應(yīng)用17-18
• 1.3 本文工作18-20
• 2 熱幾何穩(wěn)定性的模型描述20-32
• 2.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型的討論20-24
• 2.2 熱幾何穩(wěn)定性24-30
• 2.2.1 傳統(tǒng)優(yōu)化模型在熱幾何穩(wěn)定性設(shè)計中的適用性26-28
• 2.2.2 熱幾何穩(wěn)定性優(yōu)化模型提出28-30
• 2.3 熱環(huán)境的描述30-31
• 2.4 小結(jié)31-32
• 3 給定溫度場的熱幾何穩(wěn)定性拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計32-41
• 3.1 給定溫度場的熱幾何穩(wěn)定性設(shè)計優(yōu)化模型32
• 3.2 敏度分析32-33
• 3.3 拓?fù)鋬?yōu)化流程33-34
• 3.4 數(shù)值算例34-40
• 3.5 小結(jié)40-41
• 4 給定熱邊界的熱幾何穩(wěn)定性拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計41-55
• 4.1 給定熱邊界的熱幾何穩(wěn)定性設(shè)計優(yōu)化模型42-43
• 4.1.1 穩(wěn)態(tài)溫度場的有限元分析42-43
• 4.1.2 優(yōu)化列式43
• 4.2 敏度分析43-45
• 4.3 拓?fù)鋬?yōu)化流程45-46
• 4.4 數(shù)值算例46-54
• 4.5 小結(jié)54-55
• 結(jié)論55-56
• 參考文獻(xiàn)56-60
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況60-61
• 致謝61-62

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：332686