基于Optistruct拓扑优化的应用研究

摘要

结构优化通常分为截面(尺寸)优化、形状优化、拓扑优化。结构优化的目的是让设计的结构利用材料更经济、受力分布更合理。拓扑优化是结构优化中极为重要的方面，与尺寸优化和形状优化相比，结构拓扑的改进可以大大改善结构的性能或减轻结构重量，带来直接的经济效益。对工程设计人员来说，结构拓扑优化能够缩短产品开发周期。 拓扑优化在结构优化领域现在是一个具有挑战性的课题。连续体结构拓扑优化因为数学模型建立困难、设计变量较多、数值计算量巨大而被认为是当前结构优化领域内的难点之一，也是结构优化中的热点问题和前沿课题之一，对其进行研究具有非常重要的理论意义和工程应用前景。 本文的主要研究内容： 详细地论述了结构优化设计和结构拓扑优化的基本理论的基础上，对拓扑优化中的变密度法材料插值理论进行了深入讨论，并建立了基于SIMP方法的连续体结构拓扑优化模型。 对某飞机摇臂式起落架支撑结构进行拓扑优化分析，从拓扑结构优化所得的方案图看，得到的结构优化方案是合理的受力承载结构。 在已知某卫星主承力结构的空间大小、约束及载荷条件的情况下，应用Altair公司的OptiStruct软件对一连续体进行拓扑优化得出主承力结构的最优结构形式。并在此基础上对卫星主结构参数进行了尺寸优化，计算结果证明由连续体通过拓扑优化得到桁架结构的最优拓扑是可行的；通过尺寸优化，可以大幅度减轻卫星结构重量，改善卫星结构的动力特性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1结构优化设计

1.2结构优化的研究概况与现状

1.3结构优化中的优化算法

1.4飞行器结构及其结构优化

1.4.1飞行器结构

1.4.2飞行器结构优化

1.5本文研究内容

第2章结构优化技术

2.1尺寸优化技术方法

2.1.1前言

2.1.2改进的可行方向法

2.2结构拓扑优化技术的原理和方法

2.2.1结构拓扑优化的原理

2.2.2离散体结构拓扑优化

2.2.3连续体结构的拓扑优化

2.2.4拓扑优化设计的优化算法

2.2.5结构拓扑优化中的数值不稳定现象及其处理方法

2.3连续体结构拓扑优化的材料插值方法和优化模型

2.3.1均匀化理论及方法

2.3.2基于均匀化理论的拓扑优化算法的不足之处

2.3.3密度法材料插值模型

2.3.4最小柔度拓扑优化问题的优化准则算法

2.3.5最大特征频率拓扑优化问题的优化准则算法

2.4结构优化分析软件介绍

2.4.1概述

2.4.2拓扑优化分析软件介绍

2.5本章小结

第3章某飞机摇臂式起落架结构优化分析

3.1起落架的功用

3.1.1起落架的布置形式

3.1.2起落架结构

3.2某飞机摇臂式起落架的拓扑优化分析

3.3本章小结

第4章某卫星结构优化分析

4.1卫星结构及功能

4.2卫星结构设计特点

4.3卫星结构拓扑优化设计

4.3.1推进舱主承力结构的拓扑优化

4.3.2卫星推进舱主结构的尺寸优化设计

4.4本章小结

结论

参考文献

致谢