基于壳单元参考面偏置的形貌优化研究

摘要

以形貌优化技术为核心，在改变结构形貌并提高结构刚度和强度的情况下，实现汽车轻量化。目前，借助商业有限元软件的形貌优化设计已经在汽车薄壁件的改进设计中得到了很多的应用，但是现有的形貌优化算法均只针对线性分析，仍存在较多的问题。
　　本文提出了三种优化方法，以壳单元理论为基础，基于单元参考面偏置算法，通过数值优化与元胞自动机进行耦合，建立单元参考面偏置的混合元胞自动机结构优化系统，通过元胞更新及参数演化，得到最佳形貌优化结构。
　　提出适用于瞬态冲击问题的铝合金型材结构优化方法，可用于开发新型铝合金车身结构件，在减轻重量的同时满足安全性设计要求，提高铝合金结构件的性能。该耦合方法是数值优化与单元偏置算法的结合，通过LS-DYNA中OFFSET关键字控制单元偏置距离的实现;提出元胞自动机与单元偏置算法的耦合方法，主要用于形貌优化，该方法基于元胞自动机建立单元偏置数学模型，通过编写MATLAB程序，实现结构的自动演化;以元胞自动机为基础，将单元偏置及材料的删减相结合，同时实现拓扑优化和形貌优化，结果表明采用该方法优化后的结果既实现了轻量化，又增强了结构刚度。通过三种方法优化结果与原始模型对比表明，采用本文提出的优化设计方法能够有效地提高结构的性能，三种优化方法都具有可行性。

目录

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摘要

第一章绪论

1．1引言

1．2汽车轻量化设计的技术方法及研究现状

1．3国内外壳单元研究现状

1．4形貌优化技术方法及研究现状

1．5现有形貌优化算法的不足

1．6论文的主要研究内容

第二章形貌优化理论基础

2．1现有的形貌优化软件

2．2形貌优化的数学模型

2．3形貌优化的参数设置

2．4形貌优化的流程

2．5壳单元偏置的形貌优化算法

第三章数值优化与单元偏置算法耦合的形貌优化研究

3．1引言

3．2基础有限元模型的算法验证

3．3薄壁梁结构基于单元偏置的形貌优化

3．4本章小结

第四章元胞自动机与单元偏置算法耦合的形貌优化研究

4．1引言

4．2元胞自动机方法

4．3有限元模型的建立

4．4基于元胞自动机进行单元偏置的数学模型和步骤

4．5仿真结果分析

4．6再构模型的模拟仿真

4．7优化结果对比

4．8本章小结

第五章基于元胞自动机的形貌优化和拓扑优化结合研究

5．1引言

5．2基于元胞自动机的拓扑优化的研究结果分析

5．3基于元胞自动机结合形貌优化和拓扑优化研究的结果分析

5．4两种方法的对比分析

5．5本章小结

6．1总结

6．2展望

参考文献

致谢

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