周期性連續(xù)體結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、周期特征結(jié)構(gòu)以其獨(dú)特的構(gòu)型、良好制造性和優(yōu)異力學(xué)功能而備受矚目。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依靠工程師經(jīng)驗(yàn)和主觀思維給出幾何造型或在現(xiàn)有構(gòu)型上進(jìn)行尺寸、形狀等低層次優(yōu)化,隨著現(xiàn)代結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輕量化要求增強(qiáng),傳統(tǒng)方法耗時(shí)、成本高,發(fā)展?jié)摿τ邢蕖Ｍ負(fù)鋬?yōu)化定義在材料布局設(shè)計(jì)層面,能夠獲取材料最佳安排位置,充分發(fā)揮其承載能力,從根本上對(duì)結(jié)構(gòu)提出改進(jìn)方案,成為現(xiàn)代結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)之一。論文對(duì)周期結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、類型和應(yīng)用做了介紹,回顧了拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)的發(fā)展歷程、主流方法和研

2、究領(lǐng)域以及拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)在周期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的研究現(xiàn)狀。在此基礎(chǔ)上,基于SIMP材料模型,結(jié)合改進(jìn)密度梯度幾何約束法,通過(guò)變量關(guān)聯(lián)建立周期結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化模型,對(duì)平面格柵、回轉(zhuǎn)圓環(huán)和大長(zhǎng)寬比細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計(jì)展開了研究。
　　考慮格柵的加筋特征,提出實(shí)體模型加筋構(gòu)型設(shè)計(jì)處理方法。定義單位質(zhì)量剛度評(píng)價(jià)指標(biāo),分析了蒙皮厚度、加筋高度和材料體分比變化對(duì)格柵構(gòu)型和性能的影響規(guī)律,尺寸優(yōu)化驗(yàn)證了拓?fù)鋬?yōu)化分析結(jié)果正確性;開展了單層和雙層格柵尺寸變化下優(yōu)化

3、構(gòu)型和結(jié)構(gòu)性能分析,揭示周期結(jié)構(gòu)尺寸效應(yīng)的存在。
　　以靜剛度為設(shè)計(jì)目標(biāo)對(duì)三種典型任意載荷下圓環(huán)進(jìn)行了構(gòu)型設(shè)計(jì),指出不同載荷條件下的尺寸效應(yīng)臨界子模塊數(shù)不同;研究了圓環(huán)單位質(zhì)量剛度隨內(nèi)外徑比變化規(guī)律,得出內(nèi)外徑比越大結(jié)構(gòu)效率愈低;接著建立了圓環(huán)夾芯結(jié)構(gòu)模型,分析蒙皮及其厚度變化引起的載荷擾動(dòng)對(duì)夾芯構(gòu)型影響機(jī)理,提出需要根據(jù)載荷條件進(jìn)行內(nèi)外蒙皮厚度匹配設(shè)計(jì)。
　　研究了細(xì)長(zhǎng)懸臂梁拼接構(gòu)型設(shè)計(jì)。根據(jù)拼接模塊數(shù)必須為整數(shù),比較了不