考虑几何非线性的结构形状优化设计及其工程应用研究.pdf

考虑几何非线性的结构形状优化设计及其工程应用研究湖南大学硕士学位论文扭越电王王程——望焦宝渲厶丝圣夏党盘昱仔苊迩王塞揸熬攫王焦盔直蟹工程垤墙羞墼僮;.扭越皇逝主工程堂脏重地名换;诠室握童旦塑;.一竖生§昱旦诠毫鳘趱旦翅堕生』旦炷簦鲢委虽盒圭厦签塞昌煎援学校代号;级:学号:密
摘要在计算应力对刚架结构形状优化的设计变量一~结点坐标的灵敏度时,需用到单力约束下的形状优化设计,取得了良好的效果。空间刚架结构是工程上常用的结构形式,根据剐架结构的构建特点进行形状优化可以极大地改善结构的力学性能,减轻其结构重量。对于空间刚架结构形状优化问题,许多学者都进行了广泛的研究,但研究内容几乎都是基于小变形线弹性理论的有限元法,而未考虑结构的非线性因素。实际结构中,在承受载荷后,一般都存在非线性变形的影响。本文在分析和总结了当前国内外结构形状优化研究工作的基础上,针对考虑几何非线性的空间刚架结构形状优化设计开展研究。基于非线性有限元理论,采用全拉格朗日枋龇ǎ悸歉呓非线性项的影响,推导了空间梁单元的几何非线性切线刚度矩阵。推导了考虑几何非线性项的结构形状优化位移灵敏度和应力灵敏度计算列式。在空间刚架结构的形状优化设计中,关键的一项工作就是计算应力灵敏度,元刚度矩阵对结点坐标的导数。为了简化计算、方便编程,本文采用半解析法来计算刚架结构的应力灵敏度。基于位移协调,提出了一种虚拟刚度单元,模拟空间刚架结构梁单元之间的偏移搭接问题,从而能更加准确地模拟实际的结构。⒗帽嘀频挠呕程序对某大型斗轮堆/取料机前臂架在最大应力约束条件下,进行结构形状优化设计;在形状优化的基础上,采用二次优化技术,对结构的截面尺寸进行了优化。运用本文提出的形状优化理论,以空间刚架形式的臂架结构为对象进行了应关键词:空间刚架结构;形状优化:有限元法:几何非线性;灵敏度分析;虚拟刚度单元;斗轮堆/取料机硕士学位论文
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插图索引斗轮机上部机构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯板与型钢焊接结构悬臂架⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯在固定笛卡儿坐标系中的物体运动⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯空间梁单元⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯坐标转换⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯结构优化设计流程图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯内点混合型罚函数法程序框图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯空间刚架结构分析程序流程图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯空间刚架优化程序流程图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯刚架初始设计示意图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯优化后的几何形状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯褰峁沟谋奂苤髁骸占芙峁沟谋奂苤髁骸板梁结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯微小扰动目后的变形图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯空间刚架形式前臂架主视图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯空间刚架形式前臂架俯视图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯前臂架位移应力云图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯优化后的前臂架位移分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯优化后的前臂架应力分布图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯优化后的前臂架应力最大区域图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图考虑几何非线性的结构形状优化设计及其工程应用研究
附表索引表优化结果比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯表等效改进后的各梁单元截面参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯表线性优化结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯表考虑几何非线性的优化结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯表最大应力对设计变量的灵敏度咝⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯表最大应力对设计变量的灵敏度窍咝⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯表前臂架截面尺寸优化设计变量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯表前臂架截面尺寸优化结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯硕士学位论文
币糊日期:础年仑鹑臣到砺毖水隔阂日期:知月借日⒈C芸冢凇!D杲饷芎笫视帽臼谌ㄊ椤湖南大学学位论文原创性声明学位论文版权使用授权书日期:办如旯阍本人郑重声明: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法律后果由本人承担。作者签名:本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文