本文關(guān)鍵詞：復(fù)合材料變剛度鋪層優(yōu)化設(shè)計方法研究

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【摘要】：汽車輕量化是節(jié)省燃油消耗及減少尾氣排放的有效手段。復(fù)合材料由于其優(yōu)秀的材料性能而被汽車輕量化領(lǐng)域廣泛關(guān)注,其中采用變剛度鋪層方案的連續(xù)纖維增強復(fù)合材料具有很強的可設(shè)計性,通過鋪層優(yōu)化可充分發(fā)揮材料的性能優(yōu)勢。通過對復(fù)合材料鋪層方案的設(shè)計可以使材料的分布更合理,使汽車被設(shè)計零部件實現(xiàn)力學性能和質(zhì)量的最優(yōu)化,從而提高汽車的輕量化程度。當前變剛度鋪層往往是根據(jù)經(jīng)驗進行設(shè)計,并沒有在工業(yè)上系統(tǒng)的使用鋪層設(shè)計方法。本文針對多相材料拓撲優(yōu)化方法進行研究,基于多相材料拓撲優(yōu)化方法建立了最大化結(jié)構(gòu)剛度優(yōu)化問題的數(shù)學模型,給出了靈敏度求解方法,對常用的DMO材料插值方法和BCP材料插值方法進行對比分析研究,證明了BCP方法在優(yōu)化速率及解的最優(yōu)性方面都更有優(yōu)勢。對于復(fù)合材料變剛度鋪層優(yōu)化結(jié)果可制造性較差的問題,提出了基于Heaviside函數(shù)和數(shù)學形態(tài)學的拓撲密度變量過濾方法。將此方法在數(shù)值算例上應(yīng)用,得到的優(yōu)化結(jié)果的鋪層較其它過濾方法具有更明晰的鋪層優(yōu)化結(jié)果。證明了該密度過濾法較其它方法能更有效克服優(yōu)化過程中易出現(xiàn)的多孔材料現(xiàn)象和棋盤格現(xiàn)象,同時可依據(jù)制造加工精度控制優(yōu)化結(jié)果中結(jié)構(gòu)和孔洞的最小幾何尺寸,進一步加強了優(yōu)化結(jié)果的可制造性。
【關(guān)鍵詞】：復(fù)合材料 變剛度 鋪層優(yōu)化 可制造性
【學位授予單位】：中北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U465.6
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-21
• 1.1 研究背景8-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-18
• 1.2.1 常剛度鋪層優(yōu)化研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 變剛度鋪層優(yōu)化研究現(xiàn)狀13-18
• 1.3 課題的提出與來源18-19
• 1.4 研究內(nèi)容19-21
• 第2章 復(fù)合材料基礎(chǔ)知識21-27
• 2.1 復(fù)合材料概述21-23
• 2.1.1 復(fù)合材料的定義和特點21-22
• 2.1.2 復(fù)合材料的基本構(gòu)造形式22-23
• 2.2 各向異性彈性力學基礎(chǔ)23-26
• 2.3 本章小結(jié)26-27
• 第3章 多相材料拓撲優(yōu)化方法研究27-51
• 3.1 引言27
• 3.2 多相材料拓撲優(yōu)化問題數(shù)學模型的建立27-41
• 3.2.1 DMO材料插值方法30-33
• 3.2.2 BCP材料插值方法33-37
• 3.2.3 基于DMO、BCP方法建立的數(shù)學模型的求解37-41
• 3.3 DMO方法與BCP方法的對比分析研究41-49
• 3.3.1 常剛度單層板鋪層優(yōu)化43-45
• 3.3.2 不考慮厚度分布的單層板變剛度鋪層優(yōu)化45-47
• 3.3.3 考慮厚度分布的單層板變剛度鋪層優(yōu)化47-49
• 3.4 本章小結(jié)49-51
• 第4章 常用提高鋪層優(yōu)化結(jié)果可制造性方法研究51-60
• 4.1 拓撲優(yōu)化中的數(shù)值計算不穩(wěn)定性現(xiàn)象和微小結(jié)構(gòu)現(xiàn)象51-52
• 4.2 常用去除數(shù)值計算不穩(wěn)定現(xiàn)象和微小結(jié)構(gòu)的方法52-54
• 4.3 傳統(tǒng)密度過濾法在鋪層優(yōu)化中的應(yīng)用54-59
• 4.4 本章小結(jié)59-60
• 第5章 基于Heaviside函數(shù)和數(shù)學形態(tài)學的密度過濾法60-86
• 5.1 可避免產(chǎn)生灰度現(xiàn)象的密度過濾法60-62
• 5.1.1 基于Heaviside函數(shù)的密度過濾法60-62
• 5.1.2 基于KS函數(shù)和數(shù)學形態(tài)學的密度過濾法62
• 5.2 數(shù)學形態(tài)學理論62-64
• 5.3 基于Heaviside函數(shù)的形態(tài)學操作64-69
• 5.4 數(shù)值實現(xiàn)69-71
• 5.5 數(shù)值算例與討論71-85
• 5.6 本章小結(jié)85-86
• 展望86-87
• 參考文獻87-95
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及取得的研究成果95-96
• 致謝96-97

【參考文獻】

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本文編號：589537