本文關(guān)鍵詞：基于整體—局部思想的結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化方法研究

  更多相關(guān)文章： 整體局部法 超橢圓 定切割邊界 不定切割邊界 插值誤差 有限元 液壓機(jī) 形狀優(yōu)化

【摘要】：結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化旨在通過(guò)調(diào)整設(shè)計(jì)邊界形狀,來(lái)達(dá)成優(yōu)化目標(biāo)。如通過(guò)形狀優(yōu)化方法來(lái)提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度或剛度、降低應(yīng)力集中或提高設(shè)備零部件固有頻率等。但是在形狀優(yōu)化過(guò)程中,存在單元?jiǎng)偠染仃嚺c設(shè)計(jì)變量之間呈非線性關(guān)系,設(shè)計(jì)邊界描述困難,以及形狀優(yōu)化過(guò)程中往往還涉及到力學(xué)分析等諸多問(wèn)題,故對(duì)于計(jì)算量本來(lái)就很大的大型復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)而言,其形狀優(yōu)化計(jì)算量將非常龐大。如果僅需優(yōu)化大型結(jié)構(gòu)中的局部形狀,計(jì)算機(jī)將需要做許多無(wú)謂的計(jì)算。用引入新數(shù)值方法或提高計(jì)算機(jī)硬件配置的方法來(lái)解決大型結(jié)構(gòu)局部?jī)?yōu)化時(shí)計(jì)算量大的問(wèn)題,顯然比較困難,也不具備普適性。因此最好的做法是僅僅截取整體模型中需要優(yōu)化的那部分局部模型進(jìn)行優(yōu)化,以消除多余的計(jì)算量。 針對(duì)大型復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)局部形狀優(yōu)化計(jì)算量大以及設(shè)計(jì)邊界描述困難等問(wèn)題,本文探討了將整體局部方法應(yīng)用在以有限元為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化中的可行性,給出了切割邊界插值誤差的修正方法。同時(shí)采用超橢圓方程來(lái)描述設(shè)計(jì)邊界形狀,驗(yàn)證其在以圓弧過(guò)渡的邊界形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)中的可行性。結(jié)果表明,只要切割邊界插值誤差得到修正,整體局部法就能夠在保證結(jié)果準(zhǔn)確的前提下,顯著提高優(yōu)化效率,且由于采用超橢圓方程來(lái)描述設(shè)計(jì)邊界形狀,因而設(shè)計(jì)變量只有3個(gè),可以非常方便地利用內(nèi)嵌于一般通用有限元分析軟件的優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊來(lái)描述和求解最優(yōu)過(guò)渡圓弧形狀。 首先,本文以彈性力學(xué)的經(jīng)典問(wèn)題——無(wú)限大平面中心孔的應(yīng)力集中系數(shù)問(wèn)題為例,將整體局部法及超橢圓方程應(yīng)用于其中心孔的形狀優(yōu)化中,解決了工程結(jié)構(gòu)局部形狀優(yōu)化中計(jì)算量大、優(yōu)化效率低、設(shè)計(jì)邊界描述困難等問(wèn)題,為下文液壓機(jī)喉口過(guò)渡圓弧形狀優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上給出了應(yīng)用整體局部法進(jìn)行局部形狀優(yōu)化時(shí)出現(xiàn)的兩類(lèi)切割邊界插值誤差：定切割邊界局部形狀優(yōu)化問(wèn)題插值誤差和不定切割邊界局部形狀優(yōu)化問(wèn)題插值誤差的修正方法。結(jié)論表明,只要切割邊界插值誤差得到修正,就可以用整體局部法進(jìn)行局部形狀優(yōu)化。文中給出的兩種誤差修正方法：重新截取子模型法和將上次優(yōu)化結(jié)果代入下次優(yōu)化法,都可以有效修正切割邊界插值誤差。對(duì)于不定切割邊界形狀優(yōu)化問(wèn)題也可以用定切割邊界形狀優(yōu)化問(wèn)題的誤差修正方法,因此定切割邊界形狀優(yōu)化方法具有更好的通用性。但是由于設(shè)計(jì)邊界形狀的變化對(duì)切割邊界位移插值的準(zhǔn)確性有一定影響,所以不定切割邊界形狀優(yōu)化方法的結(jié)果更接近真實(shí)解。 隨后,本文應(yīng)用有限元分析優(yōu)化軟件ANSYS的參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言APDL建立了某型開(kāi)式100噸液壓機(jī)的有限元模型。針對(duì)液壓機(jī)的實(shí)際工況及有限元分析的特點(diǎn),施加適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件后,采用不同求解器對(duì)液壓機(jī)機(jī)身進(jìn)行靜力學(xué)分析,比較不同求解器所需硬件代價(jià)與時(shí)間代價(jià)。 最后,根據(jù)前文的結(jié)論,分別用定切割邊界問(wèn)題和不定切割邊界問(wèn)題的切割邊界插值誤差修正方法對(duì)以超橢圓方程描述的液壓機(jī)喉口過(guò)渡圓弧進(jìn)行局部形狀優(yōu)化,結(jié)果表明,喉口處最大應(yīng)力由242.32MPa減小到70.682MPa且優(yōu)化機(jī)時(shí)大幅減少,優(yōu)化效果非常明顯。
【關(guān)鍵詞】：整體局部法 超橢圓 定切割邊界 不定切割邊界 插值誤差 有限元 液壓機(jī) 形狀優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：揚(yáng)州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TH122
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-14
• 1.1 結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化綜述9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化的研究現(xiàn)狀10-11
• 1.3 整體局部思想的由來(lái)及實(shí)現(xiàn)途徑11-12
• 1.4 液壓機(jī)喉口形狀優(yōu)化的研究現(xiàn)狀12-13
• 1.5 本課題主要研究?jī)?nèi)容13-14
• 第二章 有限元方法與ANSYS簡(jiǎn)介14-17
• 2.1 有限元方法的簡(jiǎn)介14-15
• 2.2 有限元分析優(yōu)化軟件的選擇15-16
• 2.3 本章小結(jié)16-17
• 第三章 基于有限元方法的結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化原理17-28
• 3.1 基于限元的形狀優(yōu)化中設(shè)計(jì)邊界描述方法17-18
• 3.1.1 網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)描述法17
• 3.1.2 邊界幾何參數(shù)描述方法17-18
• 3.2 結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型18-21
• 3.2.1 設(shè)計(jì)變量18-19
• 3.2.2 約束函數(shù)(約束條件)19
• 3.2.3 目標(biāo)函數(shù)19-20
• 3.2.4 數(shù)學(xué)模型的一般形式及解法20-21
• 3.3 形狀優(yōu)化的靈敏度分析21-26
• 3.4 優(yōu)化迭代的收斂準(zhǔn)則26-27
• 3.5 本章小結(jié)27-28
• 第四章 ANSYS結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化方法28-31
• 4.1 ANSYS結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化的相關(guān)參數(shù)28
• 4.2 ANSYS中結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化方法28-29
• 4.3 迭代終止判定(收斂準(zhǔn)則)29-30
• 4.4 本章小結(jié)30-31
• 第五章 整體局部法形狀優(yōu)化的插值誤差修正31-40
• 5.1 子模型技術(shù)31-32
• 5.2 插值誤差修正方法32-34
• 5.3 孔形狀的參數(shù)化描述方法34-36
• 5.4 結(jié)果與討論36-39
• 5.4.1 不定切割邊界問(wèn)題的誤差修正36-37
• 5.4.2 定切割邊界問(wèn)題的誤差修正37-39
• 5.5 本章小結(jié)39-40
• 第六章 液壓機(jī)機(jī)身的限元分析40-48
• 6.1 液壓機(jī)機(jī)身幾何模型的建立40-41
• 6.2 單元的選擇41-43
• 6.3 機(jī)身有限元模型的生成43
• 6.4 邊界條件施加43-44
• 6.5 機(jī)身結(jié)構(gòu)靜力分析44-47
• 6.6 本章小結(jié)47-48
• 第七章 喉口上過(guò)渡圓弧的形狀優(yōu)化48-54
• 7.1 設(shè)計(jì)邊界的描述方法48
• 7.2 子模型的選取48-51
• 7.3 喉口不定切割邊界形狀優(yōu)化51-52
• 7.4 喉口定切割邊界形狀優(yōu)化52-53
• 7.5 本章小結(jié)53-54
• 第八章 結(jié)論與展望54-56
• 8.1 總結(jié)54
• 8.2 工作展望54-56
• 附錄56-63
• 參考文獻(xiàn)63-65
• 致謝65-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文66-67

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 郭彤;李?lèi)?ài)群;費(fèi)慶國(guó);王浩;;零階與一階優(yōu)化算法在懸索橋模型修正中的應(yīng)用對(duì)比分析[J];振動(dòng)與沖擊;2007年04期

2 吳志學(xué);機(jī)械零件形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)的仿生學(xué)方法[J];中國(guó)機(jī)械工程;2005年10期

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本文編號(hào)：760718