热、力耦合作用下轻结构的多目标拓扑优化方法

摘要

随计算机技术、有限元方法等领域飞速发展，结构优化设计无论理论还是方法都取得长足的进展，并成为了现代设计方法中不可缺少的工具。结构优化设计能充分发挥材料的功效，改善结构的性能等，而结构拓扑优化设计更能在结构的概念设计阶段为决策者提供更多灵活的选择方案，从而缩短研发周期，降低产品成本。与此同时，人们对民用产品的质量要求日益提高，多种物理场的耦合作用越来越突出，往往成为决定结构系统与产品质量和性能的关键因素。多学科协同设计的概念也日渐成为优化设计的一个重要的思想。如何进行多目标的多学科协同设计又是一个新的挑战。
　　本文基于ANSYSParametricDesignLanguage(APDL)，提出渐进结构法中应用区间法进行单元的筛选，通过单元“生死”的功能实现单元的恢复与删除，根据滤波函数法原理提出修改的二阶棋盘格处理方法，并就稳态热传导温度控制问题，考虑热、力耦合的多载荷工况的多目标拓扑优化设计问题进行求解。数值计算结果表明本文算法的有效性。

目录

热、力耦合作用下轻结构的多目标拓扑优化方法

A MULTI-OBJECTIVE TOPOLOGY OPTIMIZATION METHOD FOR LIGHT STRUCTURE UNDER COUPLED THERMAL-MECHANICAL LOADS

摘要

Abstract

绪论

1.1 课题背景

1.2 结构拓扑优化国内外研究现状

1.2.1 离散结构拓扑优化

1.2.2 连续体结构拓扑优化

1.3 多目标优化的研究进展

1.3.1 基于Pareto方法

1.3.2 非Pareto方法

1.4 渐进结构法

1.5 本文的主要工作

2 连续体优化设计有限元方法

2.1 结构有限元理论

2.1.1 平面问题的弹性力学理论

2.1.2 连续体的离散化

2.1.3 矩形四节点单元

2.1.4 刚度矩阵及其叠加

2.2 基于ANSYS的渐进结构法

2.3 棋盘格现象的处理技术

2.4算例

本章小结

3 稳态热传导问题的结构优化设计

3.1 单目标优化设计

3.2 多目标优化设计

3.3 算例

3.3.1 单节点温度控制算例

3.3.2 多节点温度控制算例

本章小结

4 结构多目标拓扑优化设计方法

4.1 热、力耦合多目标优化

4.2 算例

4.2.1 多工况无热载的柔度最小化设计算例

4.2.2 多工况考虑热、力耦合的柔度最小化设计算例

本章小结

结论

参考文献

附录

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