發(fā)布時間：2022-11-08 20:07

　　由于薄壁梁結(jié)構(gòu)具有高的剛度質(zhì)量比,所以它被廣泛地應(yīng)用到各種工程中。在薄壁梁的概念設(shè)計階段,其截面形狀的設(shè)計是一個尤為重要的問題。通過傳統(tǒng)的截面設(shè)計方法不能得到具有薄壁特征的截面,而且設(shè)計結(jié)果往往無法滿足沖壓工藝。為了解決上述問題,論文提出了一種采用移動可變形組件方法的截面拓撲優(yōu)化方法。論文以截面面積作為拓撲優(yōu)化的目標函數(shù),以截面的彎曲慣性矩、扭轉(zhuǎn)慣性矩為約束函數(shù)建立數(shù)學(xué)模型。針對歐拉-伯努利梁,給出了任意形狀截面的彎曲慣性矩和扭轉(zhuǎn)慣性矩的解析公式。其中,根據(jù)“歐拉-伯努利梁理論”得到截面的彎曲慣性矩公式;采用半逆解法求解其截面的應(yīng)力函數(shù),參考彈性力學(xué)中對于圓截面桿的解答得到截面的扭轉(zhuǎn)慣性矩公式。在此之上,論文推導(dǎo)了任意形狀截面的彎曲慣性矩和實心截面的扭轉(zhuǎn)慣性矩的數(shù)值求解公式。其中,與扭轉(zhuǎn)慣性矩的數(shù)值求解公式有關(guān)的截面應(yīng)力函數(shù)是通過其微分方程和邊界條件建立的有限元格式進行求解的。文章推導(dǎo)并給出了雙線性單元和任意形狀四邊形單元的單元剛度矩陣和單元結(jié)點列陣。論文還介紹了移動可變形組件拓撲優(yōu)化方法,并分別求出了在該方法的體系下,截面的面積、彎曲慣性矩和扭轉(zhuǎn)慣性矩的數(shù)值公式和靈敏度分析公式。論文... 

【文章頁數(shù)】：100 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 研究現(xiàn)狀
    1.3 研究內(nèi)容
第2章 梁截面的力學(xué)特性
    2.1 截面彎扭慣性矩的解析求解
        2.1.1 彎曲慣性矩的解析求解
        2.1.2 扭轉(zhuǎn)慣性矩的解析求解
    2.2 截面彎扭慣性矩的數(shù)值求解
        2.2.1 截面彎扭慣性矩的有限元格式推導(dǎo)
        2.2.2 雙線性矩形單元的扭轉(zhuǎn)慣性矩的有限元求解
        2.2.3 任意四邊形單元的扭轉(zhuǎn)慣性矩的有限元求解
    2.3 截面彎扭慣性矩的求解程序設(shè)計
        2.3.1 單元剛度矩陣和單元結(jié)點列陣
        2.3.2 矩形區(qū)域的扭轉(zhuǎn)慣性矩
        2.3.3 矩形區(qū)域的彎曲慣性矩
    2.4 本章小結(jié)
第3章 考慮沖壓工藝的薄壁截面拓撲優(yōu)設(shè)計
    3.1 移動可變形組件拓撲優(yōu)化方法
        3.1.1 水平集函數(shù)和Heaviside函數(shù)
        3.1.2 移動可變形組件拓撲優(yōu)化方法的原理
    3.2 在移動可變形組件體系下的截面力學(xué)特性表達
    3.3 截面拓撲優(yōu)化
        3.3.1 優(yōu)化列式
        3.3.2 靈敏度分析
        3.3.3 移動漸近線優(yōu)化算法
    3.4 截面拓撲優(yōu)化的程序設(shè)計
        3.4.1 主函數(shù)
        3.4.2 有限元分析的初始數(shù)據(jù)
        3.4.3 組件幾何信息的初始化
        3.4.4 優(yōu)化算法初始化
        3.4.5 設(shè)置邊界條件
        3.4.6 準備有限元分析
        3.4.7 優(yōu)化的主循環(huán)
        3.4.8 四個函數(shù)的說明
    3.5 本章小結(jié)
第4章 數(shù)值算例
    4.1 矩形截面力學(xué)特性
    4.2 薄壁截面拓撲優(yōu)化
        4.2.1 驗證算例
        4.2.2 純扭轉(zhuǎn)工況
        4.2.3 純彎曲工況
        4.2.4 組合工況
    4.3 本章小結(jié)
第5章 總結(jié)與展望
    5.1 工作總結(jié)
    5.2 工作展望
參考文獻
附錄
作者簡介及科研成果
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
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[5]偏置碰撞中轎車左后排乘員損傷的研究[J]. 彭聰,張道文,楊苓,劉卓異.  中國安全科學(xué)學(xué)報. 2019(03)
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博士論文
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碩士論文
[1]整車簡化建模及其在虛擬試驗場中的平順性分析[D]. 趙興.吉林大學(xué) 2019
[2]日字形和目字形管彎曲失穩(wěn)實驗及理論研究[D]. 黃科.吉林大學(xué) 2019
[3]面向力學(xué)性能的鋼鋁車身結(jié)構(gòu)選材準則研究與應(yīng)用[D]. 盧亞運.吉林大學(xué) 2019
[4]概念設(shè)計階段的轎車車身結(jié)構(gòu)簡化建模及碰撞分析[D]. 桂春陽.吉林大學(xué) 2019
[5]可移動變形桿件結(jié)構(gòu)布局的拓撲優(yōu)化方法及程序設(shè)計研究[D]. 趙艷芳.吉林大學(xué) 2019
[6]純電動汽車碰撞電安全分析與設(shè)計[D]. 曾澤江.南昌大學(xué) 2019
[7]基于小偏置碰撞的微型面包車駕駛員損傷分析[D]. 賈宏椿.重慶理工大學(xué) 2019
[8]含碰撞性能的純電動車車身骨架多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計[D]. 肖琪.湖北汽車工業(yè)學(xué)院 2018
[9]城市電動客車側(cè)面碰撞安全性研究[D]. 李凌伊.長安大學(xué) 2018
[10]基于改進水平集方法的三維多材料結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化研究[D]. 趙春華.哈爾濱工程大學(xué) 2018



本文編號：3704478