理想材料零件研究中多變量多約束結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、理想材料零件(Ideal Functional Material Components,IFMC)是指按照零件的最佳使用功能要求來設(shè)計(jì)制造的,由均質(zhì)材料、呈梯度變化的組織成分、按一定規(guī)律分布的細(xì)結(jié)構(gòu)材料以及嵌入器件構(gòu)成,實(shí)現(xiàn)材料組織結(jié)構(gòu)和零件性能最佳組合的零件.當(dāng)前理想材料零件優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究大多是就單一約束的優(yōu)化問題展開的,因?yàn)槔硐氩牧狭慵獫M足多種功能耦合的要求,所以研究多變量,多約束條件下的理想材料零件優(yōu)化問題具有重要意義.本論

2、文以均勻化理論為基礎(chǔ),結(jié)合有限元理論和優(yōu)化理論,對(duì)多變量,多約束條件下的理想材料零件剛性優(yōu)化設(shè)計(jì)問題展開研究.建立了多約束形式下的連續(xù)梁結(jié)構(gòu)最小柔度優(yōu)化問題數(shù)學(xué)表述;針對(duì)提出的優(yōu)化問題,應(yīng)用有限元方法分析平衡條件和應(yīng)力條件,得到約束條件的表述形式和優(yōu)化迭代格式;采用平面問題四結(jié)點(diǎn)矩形單元有限元格式得到設(shè)計(jì)局區(qū)域的剖分形式;根據(jù)能量法則確定應(yīng)力約束條件中的懲罰因子;利用懲罰函數(shù)理論和優(yōu)化準(zhǔn)則法,得到改進(jìn)后的優(yōu)化模型的解答方法.開發(fā)了所提出

3、的優(yōu)化問題在MATLAB環(huán)境下的優(yōu)化程序,得到優(yōu)化結(jié)果,并輸出拓?fù)鋱D形;采用CAE軟件ANSYS對(duì)所得到的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)前處理,優(yōu)化結(jié)構(gòu)加載與求解,優(yōu)化結(jié)構(gòu)后處理等過程,得到結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布結(jié)果;將材料體積比例約束下的結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布同本文的多約束下的結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布進(jìn)行對(duì)比分析.經(jīng)對(duì)比分析兩種不同約束下的結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn):在相同載荷和邊界條件下,只受材料體積比例約束的結(jié)構(gòu)發(fā)生貫穿性破壞,造成結(jié)構(gòu)的失穩(wěn);而同時(shí)受材料體積比例約束和應(yīng)力約束