本文關(guān)鍵詞：大型箱體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計研究

  更多相關(guān)文章： 大型箱體 拓?fù)鋬?yōu)化 變密度法 數(shù)學(xué)模型 棋盤格現(xiàn)象 MATLAB PETSc

【摘要】：大型箱體是機(jī)械設(shè)備中常見結(jié)構(gòu)件,采用傳統(tǒng)設(shè)計方法導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)笨重,浪費材料,研究其輕量化設(shè)計勢在必行。本文以大型箱體結(jié)構(gòu)為研究對象,采用拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計理論和方法,分析研究了大型箱體結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計方法、拓?fù)鋬?yōu)化模型、拓?fù)鋬?yōu)化程序?qū)崿F(xiàn)、棋盤格現(xiàn)象和拓?fù)鋬?yōu)化參數(shù)選擇,完成了兩個幾何尺寸迥異的箱體結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計,得到了有指導(dǎo)價值的新型箱體結(jié)構(gòu),為大型箱體結(jié)構(gòu)的系列化設(shè)計提供了設(shè)計參考。本文主要研究過程和結(jié)果如下：1、分析常用的各種大型箱體結(jié)構(gòu),提取了其結(jié)構(gòu)特征,并通過分析各種拓?fù)鋬?yōu)化方法的特點,選擇了符合大型箱體結(jié)構(gòu)特征的變密度法。2、以變密度法為基礎(chǔ),分別分析了體積約束、應(yīng)力約束和位移約束情況下大型箱體結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型,進(jìn)行了靈敏度分析,并針對結(jié)構(gòu)載荷位置不確定情況,采用權(quán)值法思想構(gòu)建了大型箱體結(jié)構(gòu)的多工況拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型。3、研究了基于MATLAB語言和基于C++程序編寫的拓?fù)鋬?yōu)化程序,大型箱體結(jié)構(gòu)有限元分析采用8節(jié)點六面體單元,設(shè)計變量更新采用較為適合的MMA算法和OC準(zhǔn)則法,分析和測試了可計算大規(guī)模節(jié)點自由度的基于PETSc的并行運算拓?fù)鋬?yōu)化程序,并用于大型箱體結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計。4、使用模型實例分析了拓?fù)鋬?yōu)化中的棋盤格現(xiàn)象,引入了密度過濾、靈敏度過濾和灰度過濾方法,采用多次計算對比結(jié)構(gòu)特征,消除了棋盤格現(xiàn)象。采用實例驗證方法,選擇了適合大型箱體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的懲罰因子值和過濾半徑值。5、針對兩種幾何外形尺寸的大型箱體結(jié)構(gòu),在單工況和多工況條件下,采用不同拓?fù)鋬?yōu)化程序,考慮不同過濾方法和設(shè)計變量更新算法,完成了兩種大型箱體結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計,得到了結(jié)構(gòu)特征相同的優(yōu)化結(jié)果,分析對比兩模型實例的結(jié)構(gòu)特征為大型箱體結(jié)構(gòu)系列化設(shè)計提供了參考。本文研究對大型箱體結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計、研發(fā)和系列化具有一定的參考價值。
【關(guān)鍵詞】：大型箱體 拓?fù)鋬?yōu)化 變密度法 數(shù)學(xué)模型 棋盤格現(xiàn)象 MATLAB PETSc
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN911.7;R54
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 1 緒論12-17
• 1.1 課題的來源與意義12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與分析12-16
• 1.2.1 結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 大型箱體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.3 研究現(xiàn)狀總結(jié)15-16
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容16-17
• 2 大型箱體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計理論17-23
• 2.1 結(jié)構(gòu)特點分析17-18
• 2.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法區(qū)別18-19
• 2.3 拓?fù)鋬?yōu)化方法(理論)選取19-22
• 2.3.1 方法適用性研究19-21
• 2.3.2 變密度法21-22
• 2.4 本章小結(jié)22-23
• 3 拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型建立23-34
• 3.1 體積約束模型23-26
• 3.1.1 體積約束數(shù)學(xué)模型構(gòu)建23
• 3.1.2 靈敏度分析23-26
• 3.2 應(yīng)力約束模型26-31
• 3.2.1 應(yīng)力約束數(shù)學(xué)模型構(gòu)建26-28
• 3.2.2 靈敏度分析28-31
• 3.3 位移約束模型31-32
• 3.4 多工況模型32-33
• 3.5 本章小結(jié)33-34
• 4 拓?fù)鋬?yōu)化程序設(shè)計34-47
• 4.1 節(jié)點位移求解34-37
• 4.1.1 有限元法基本過程34-36
• 4.1.2 有限元程序?qū)崿F(xiàn)36-37
• 4.2 設(shè)計變量更新37-39
• 4.2.1 MMA算法37-38
• 4.2.2 OC準(zhǔn)則法38-39
• 4.3 基于MATLAB語言的拓?fù)鋬?yōu)化程序39-42
• 4.3.1 MATLAB拓?fù)鋬?yōu)化程序簡介40
• 4.3.2 MATLAB三維拓?fù)鋬?yōu)化程序40-42
• 4.3.3 優(yōu)化程序改寫42
• 4.4 基于PETSc的拓?fù)鋬?yōu)化程序42-46
• 4.4.1 PETSc簡介42
• 4.4.2 拓?fù)鋬?yōu)化程序42-43
• 4.4.3 拓?fù)鋬?yōu)化程序有限元測試43-46
• 4.4.4 優(yōu)化程序改寫46
• 4.5 本章小結(jié)46-47
• 5 拓?fù)鋬?yōu)化棋盤格問題與參數(shù)選擇47-55
• 5.1 拓?fù)鋬?yōu)化棋盤格問題及其應(yīng)對策略47-50
• 5.1.1 棋盤格問題47-48
• 5.1.2 三種過濾函數(shù)48-50
• 5.2 拓?fù)鋬?yōu)化參數(shù)選擇50-54
• 5.2.1 懲罰因子p51-52
• 5.2.2 過濾半徑r52-54
• 5.3 本章小結(jié)54-55
• 6 計算結(jié)果與分析55-67
• 6.1 模型一55-61
• 6.1.1 模型優(yōu)化與分析55-58
• 6.1.2 模型重構(gòu)與驗證58-61
• 6.2 模型二61-65
• 6.2.1 模型優(yōu)化與分析61-63
• 6.2.2 模型重構(gòu)與驗證63-65
• 6.3 系列化65-66
• 6.4 本章小結(jié)66-67
• 7 結(jié)論與展望67-69
• 7.1 結(jié)論67-68
• 7.2 展望68-69
• 參考文獻(xiàn)69-73
• 個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果73-74
• 致謝74

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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6 許華e，

本文編號：986892