增材制造技術(shù)作為一種顛覆性的制造技術(shù),可以比較容易地制備出幾何構(gòu)型高度復(fù)雜的結(jié)構(gòu),為設(shè)計人員提供了非常廣闊的結(jié)構(gòu)設(shè)計空間,只是傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法不能充分發(fā)掘增材制造的應(yīng)用潛力。而拓撲優(yōu)化方法是一種高效和先進的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法,擁有極高的設(shè)計自由度,設(shè)計人員基于拓撲優(yōu)化方法可以從無到有地設(shè)計出性能優(yōu)異、構(gòu)型新穎但傳統(tǒng)制造工藝往往難以加工制造的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。因此很自然地需要將增材制造技術(shù)和拓撲優(yōu)化方法結(jié)合起來進行研究。面向增材制造技術(shù)進行結(jié)構(gòu)的拓撲優(yōu)化設(shè)計,需要考慮其獨特的制造工藝約束,比如本文所研究的懸空角度約束,即結(jié)構(gòu)中懸空邊界與水平線的夾角需要大于一個指定的角度。本文通過在拓撲優(yōu)化中引入懸空角度約束來設(shè)計自支撐結(jié)構(gòu),這樣能夠有效地避免熔融沉積成型技術(shù)和選擇性激光熔化技術(shù)等增材制造工藝中出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)翹曲和塌陷,大幅減少增材制造過程中支撐材料的使用從而減少所消耗的時間和成本。本文在水平集拓撲優(yōu)化方法的框架內(nèi),先是提取了結(jié)構(gòu)邊界的法向量,并基于法向量和打印方向的數(shù)量積來檢測結(jié)構(gòu)邊界上違反懸空角度約束的點的集合。然后利用符號距離函數(shù)的特點,將逐點形式的懸空角度約束轉(zhuǎn)換為域積分和邊界積分兩種等效的約束形... 

【文章來源】：大連理工大學(xué)遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計
    1.2 拓撲優(yōu)化的發(fā)展與應(yīng)用
    1.3 拓撲優(yōu)化方法
    1.4 增材制造
        1.4.1 增材制造技術(shù)工藝
        1.4.2 考慮增材制造工藝約束的拓撲優(yōu)化
    1.5 本文主要研究內(nèi)容
2 基于水平集函數(shù)的懸空角度約束處理方法
    2.1 水平集優(yōu)化模型
    2.2 懸空角度約束
        2.2.1 基于域積分的懸空角度約束定義
        2.2.2 基于邊界積分的懸空角度約束定義
    2.3 水平集方法的實現(xiàn)流程
    2.4 本章小結(jié)
3 域積分處理懸空角度約束的拓撲優(yōu)化
    3.1 考慮域積分懸空角度約束的優(yōu)化列式
    3.2 靈敏度分析
    3.3 數(shù)值算例
        3.3.1 短板梁算例
        3.3.2 懸臂梁算例
        3.3.3 簡支梁算例
    3.4 本章小結(jié)
4 邊界積分處理懸空角度約束的拓撲優(yōu)化
    4.1 考慮邊界積分懸空角度約束的優(yōu)化列式
    4.2 靈敏度分析
    4.3 數(shù)值算例
        4.3.1 邊界積分懸空角度約束的驗證
        4.3.2 懸臂梁算例一
        4.3.3 懸臂梁算例二
        4.3.4 簡支梁算例
    4.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]基于點密度插值的結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化方法及應(yīng)用[D]. 王毅強.大連理工大學(xué) 2014
[2]多學(xué)科拓撲優(yōu)化方法研究[D]. 胡三寶.華中科技大學(xué) 2011



本文編號：3003373