硕士论文-汽车典型结构拓扑优化方法及应用研究.pdf

长沙理工大学
硕士学位论文
汽车典型结构拓扑优化方法及应用研究
姓名:杜海珍
申请学位级别:硕士
专业:载运工具运用工程
指导教师:荣见华
20040510
要摘化椒ǎ菇嘶谟Ρ淠艿乃ǚ较蚪峁菇ソ呕其次,为了解决在删除无效材料时可能导致的应力集中问题,基于围绕结构边界和孔洞周围附加人工材料单元的思路,提出了一种新的基于应力及其灵敏度的优化准则。并通过对应力灵敏度数的修改,避免了优化过程中棋盘格模式的产生。然后,结合基于人工材料的结构渐进优法的优化准则及算法。研究了考虑多约束的方法。最后,导出了弯曲板结构的应力灵敏度数的计算公式,建立了双层单元的结构优化模型,开展了加筋结构的优化设计工作。本文对上述方法进行了编程及大量汽车构件的仿真计算。结果表明了本文研究的方法是正确和有效的,可为汽车结构及零部件轻量化设计提供重要的设计方法和手段,具有较好的工程应用价值。关键词:结构优化,拓扑优化,人工材料,双方向算法,汽车结构结构拓扑优化设计方法是近几年发展起来的新方法。并取得了瞩目的进展本文针对汽车典型结构的优化设计问题,首先,研究和分析了国内外在结构渐进优化法方面的发展状况。
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趣畛⒈C芸冢凇!D杲饷芎笫视帽臼谌ㄊ椤日期:苣辏拢偃长沙理工大学学位论文原创性声明学位论文版权使用授权书⒉槐C荜日期:枷牛年了月矽日日期:渺斗年月日献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡法律后果由本人承担。容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于朐谝陨舷嘤Ψ娇蚰诖颉”作者签名:导师签名:’
第一章绪论工程背景汽车工业随着国民经济发展和交通运输体系的全面建立得到了飞速发展。电子技术和计算机技术为现代汽车的科技进步,提供了两种有力的手段。产品开发和科学管理中,都已开始采用计算机辅助设计,而优化设计又是其灵魂和核心。根据近十几年来的机械优化设计研究的发展状况表明,汽车优化设计理论和方法已应用于汽车的很多子系统的设计,如汽车整车动力传动系统优化和匹配,汽车的发动机、底盘、车身各主优化设计应用于产品设计与开发中,更容易取得显著的经济效益。因此,进一步研究结构优化设计方法,既有理论价值,又有现实意义。一些使用要求下达到方案最佳,这就是所谓的结构优化设计,结构优化计问题转变为一个数学问题;第二步是选择一个合理有效的计算方法;第三步是基于该计算方法及相关计算机软件,完成设计计算,结构优化包括尺寸优化、形状优化和拓扑优化。对于桁架结构的典型尺寸优化问题是寻找各杆件的最佳截面积,使其某些物理量最小化蜃畲蠡,如:平均柔度、峰值应力、变形、重量等,同时其设计变量和状态变量满足应力等3叽缬呕闹饕L氐闶墙峁鼓P偷纳杓朴蚴且阎5模⑶以谡个优化过程中保持不变。而形状优化是寻找模型的最佳设计域形状,也就是说模型的设计域是其设计变量。拓扑优化主要探讨结构构件的相互联接方式,结构内有无孔洞、孔洞的位置、数量等拓扑形式,使结构能在满足有关平衡、应力、位移等约束条件下,将外载荷传递到支座,同时使结构的某种性态指标达到最优。结构拓扑优化能在工程结构设计的初始阶段为设计者提供一个概念设计,使结构在布局上采用最优方案,所以与截面优化和形状优化相比,拓扑优化更具有应用价值和经济效益,也易被工程技术人员所接受。拓扑优化已经成为研究热点。随着工程结构的功能增强,工程结构绯盗竟こ探峁埂⑶帕骸⒔要总成的优化设计等,使汽车产品的性能和水平得到提高。其中,结构人们在开展汽车构件或结构设计时,总希望在满足一定环境条件和设计大体上可分为三步:第一步是建立数学模型,把一个工程结构的设各种约束条件。设计变量是杆件的截面积,状态变量为结构的变形
筑结构等涞迷嚼丛礁丛印D壳埃こ探峁沟拇笮突⒏丛踊约案,简称是桁架度柔性化,使结构的工作环境日益复杂,结构静、动强度问题普遍存在·有关统计表明,在众多结构发生的重大事故中,主要与其强度有关何解决材料最少岣呔眯与结构强度之间的矛盾,是当前迫切需要解决的问题,这就使得运用结构优化手段研究工程结构安全与经济在结构优化设计问题提出之前,结构在传统上都是由先验知识确定,然后再用静力、动力试验或验算对其修改。这是一种落后、费时,且欠优的设计方法。随着结构优化技术的出现