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长沙理工大学硕士学位论文汽车典型结构拓扑优化方法及应用研究姓名：杜海珍申请学位级别：硕士专业：载运工具运用工程指导教师：荣见华20040510汽车典型结构拓扑优化方法及应用研究作者：杜海珍学位授予单位：长沙理工大学相似文献(10条)1.学位论文苏胜伟基于Optistruct拓扑优化的应用研究2008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。2.期刊论文范文杰.徐进永.张子达.FanWenjie.XuJinyong.ZhangZida基于双向渐进结构优化法的装载机动臂拓扑优化-农业机械学报2006,37(11)利用双向渐进结构优化法研究了装载机动臂结构的拓扑优化问题.利用有限元软件ANSYS的APDL语言进行二次开发,实现了多工况下基于应力水平的双向渐进结构优化法(BESO).对装载机工作装置的动臂进行多工况下的结构双向渐进拓扑优化,得到了动臂的最佳拓扑结构.结果表明了该方法的实用性和有效性,且比ESO方法具有更高的效率.3.学位论文刘亮结构优化中的结构重分析、拓扑优化及全局最优解的研究1995该文针对结构优化中存在的主要问题,着重研究了结构重分析的新方法、结构拓扑优化及全局最优解问题,具体内容如下:首先是在减少计算时间方面对结构重分析新方法的研究;其次是对全局最优解问题的研究.该文利用多层神经网络对问题求解域具有高分辨率的能力,来求解桁架结构的拓扑优化.该文详细地讨论了优化计算中的隐层神经元数目的选择及计算方法;最后,该文尝试将近几个小波理论研究的最新成果应用于结构优化,首次提出将函数的寻优问题转化成求可行域有限个奇异点的计算.小波分析方法能够描述函数整体和局部和奇异性.不管优化内容及约束情况如何,由对约束函数两两构成的拉格朗日函数的小波变换求局部极大值,将奇异点求解出来.该文对n维空间的小波变换寻优方法给予了理论上的研究与证明,并给出了具体的求解方法.4.期刊论文王中华.温卫东基于模拟退火遗传算法的平面连续体结构的拓扑优化-航空动力学报2004,19(4)采用遗传算法,用染色体基因映射结构离散化后的单元体,通过改变基因代码实现连续结构的拓扑.优化过程中,利用遗传算法进行结构优化,通过有限元技术对结构进行建模和分析.在遗传算法中,引入模拟退火的思想,实时调整结构优化的适应度函数,改善优化分析中个体所处的生存环境,提高优化分析效率,获得较优的结构拓扑效果.算例分析表明所提出的方法是有效的.5.学位论文李学修轻卡车身模态分析及其结构优化2007本文阐述了车身的模态分析、车身轻量化、DOE分析方法以及拓扑优化方法的应用和研究的最新进展。建立了轻卡车身结构的有限元模型，运用有限元方法对轻卡车身进行模态和刚度计算，以解决轻卡车身存在的振动、刚度问题和车身的轻量化为目标，首次在车身板厚参数的优化过程中引入DOE分析方法，采用DOE分析和拓扑优化相结合的方式对车身进行结构优化。最终得到了可行的车身优化方案。本文所做的主要工作有以下几个方面：(1)建立轻卡车身的有限元模型。以轻卡车身的结构为基础建立了车身的计算模型，提出了建立车身模型的要求和原则，分析了建模过程中要注意的问题：包括CAD建模中结构的简化，CAE建模中几何模型的整理、单元的选取、焊点的处理，并对模型质量的评价指标进行分析。为同类车型的建模工作提供了依据。(2)车身的模态和刚度分析。运用有限元方法计算轻卡车身的自然模态和刚度情况。通过模态分析发现车身的第一阶模态频率和汽车怠速工况下发动机的激振频率很接近容易产生车身共振；通过刚度分析发现车身在扭转工况下刚度不足，车窗窗框变形较大。通过分析找出了导致该型轻卡在怠速工况时车身共振和扭曲道路试验时前风窗开裂的原因，为车身的优化工作提供了目标和方向。(3)车身板厚的DOE分析及改进设计。根据车身模态和刚度分析的结果，把车身的板厚作为优化参数，以提高车身的第一阶模态频率和减轻车身重量为优化目标，首次引入DOE分析方法找出车身主要覆盖件的最佳板厚组合并提出改进方案，通过对改进方案的分析计算轻卡车身的模态频率提高了16％，质量减轻了8Kg，验证了DOE分析方法的可行性。(4)车身结构的拓扑优化。通过DOE分析方法对板厚参数进行优化后，又建立了车身的拓扑优化模型对车身的结构进行形状优化，根据优化得到的拓扑形状提出了在顶盖和后围覆盖件冲压“X”型加强筋的方案。通过上述工作成功地解决了轻卡车身存在的振动和刚度问题，相信随着车身改进设计研究的不断深入，试验和计算机研究手段的发展，DOE分析与拓扑优化相结合的方法在车身结构优化的研究中将发挥更大的作用。6.期刊论文沈才华.刘松玉.童立元.SHENCai-hua.LIUSong-yu.TONGLi-yuan拓扑优化在隧道工程中的运用-探矿工程-岩土钻掘工程2008,35(12)拓扑优化作为结构优化的高层次优化方法,目前正成为工程界研究的热点,而对于隧道工程的拓扑优化还未见研究成果.建立了隧道洞事的拓扑优化模型,利用高层次拓扑优化理论对隧道洞室进行了拓扑优化分析,提出了预强支护理论,即开挖围岩影响区内进行强支护结合复合衬砌支护的三层支护体系,通过拓扑优化分析确定了预强支护的具体位置.7.学位论文张宏建燃烧室浮动壁结构优化方法研究2005把燃烧室浮动壁结构运用于航空发动机,是提高航空发动机推重比的一个重大措施.国外先进的发动机中已经开始应用该结构技术,在国内,该结构技术也日益受到航空工程界的重视.但是,由于浮动壁结构及其工作环境非常复杂,其设计技术难度大,已成为该结构可靠应用的关键技术和研究重点.本文对该结构的设计方法开展了研究工作,提出了一种采用遗传算法(GA)和有限元(FEM)相结合的多目标优化设计方法(GA-FEM)和递进式分阶段优化策略,并用于浮动壁结构的优化设计与分析研究,取得了良好的效果.本文主要的研究工作包括:(1)针对浮动壁结构简化的平板模型,进行了自适应遗传算法为主的AGA-FEM方法和以单亲遗传算法为主PGA-FEM方法的研究,进行了支杆的布局拓扑多目标优化设计的算例分析研究,结果表明PGA-FEM具有更好的优化能力.文中还研究了优化启发条件对结构优化设计收敛效率的影响,以及目标函数的选取对结构优化效果的影响.(2)针对浮动壁实际结构模型,考虑到结构和工作条件的复杂性,开展上述多目标优化方法的进一步研究,并提出了一种递进式分阶段优化设计的策略,即在支杆数量一定的情况下,首先进行支杆布局拓扑优化,接着以支杆拓扑优化结果为初值点,进行支杆截面积的优化.然后,再以此结果为优化初值点,进行浮动壁壁板厚度的优化.文中所提出的优化策略基本思想和特点是逐步逼近的思想,即逐步增加设计变量,逐步增加复杂条件,从而化解优化技术难度,提高优化效率,使得优化过程容易监控.文中通过常温下和温度载荷作用下浮动壁结构的优化算例结果表明,所提出的优化方法和优化策略是成功的,并给出了良好的浮动壁结构的优化设计结果.(3)本文以ANSYS软件为技术平台,采用VC++编程,开发实现了本文的优化设计方法和优化设计策略,该程序具有可移植性好和优化分析能力强等优点.8.期刊论文孙明华.崔海涛.温卫东.SUNMing-hua.CUIHai-tao.WENWei-dong基于精英保留遗传算法的连续结构多约束拓扑优化-航空动力学报2006,21(4)采用遗传算法对应力、位移及结构约束下的连续体结构进行拓扑优化.通过在遗传算法中引入精英保留的进化策略,保证算法的收敛性,改善优化结果.优化过程中,利用精英保留遗传算法进行结构优化,通过基于ANSYS软件的有限元技术进行结构的建模和分析.算例分析表明所提出的方法是合理、有效的.该方法可用于复杂工程结构的初始设计,并能够提供多种初始设计方案.9.学位论文冯超恒基于现有软件的结构拓扑优化设计实现技术与程序系统2006与形状优化和尺寸优化相比，拓扑优化具有更大的优化效益，成为优化领域研究的热点。对于不同的问题，拓扑优化具有不同的问题提法，其求解方法各异。因此，研究适用于所求解问题的合适的拓扑优化的求解技术，快速开发出拓扑优化的程序，意义重大。本文在总结分析了结构拓扑优化的理论体系、问题提法和求解方法的基础上，研究了基于现有CAE软件的结构拓扑优化的实现技术以及程序系统。基于Strand7软件实践了所提出的拓扑优化设计技术，并开发了基于Strand7的拓扑优化程序系统。该系统能够实现基于均匀化方法和SIMP方法的结构拓扑优化设计，实现了消除棋盘效应、网格依赖性等数值不稳定性的方法。以该程序系统为平台，研究了散热结构拓扑优化问题的提法、求解方法和程序实现技术。主要研究内容和成果包括：1.研究CAE软件与优化分析的连接技术，研究了拓扑优化中有限元分析技术，分析了拓扑优化与现有软件的接口技术，比较了各种开发方法的优点与不足，研究了基于Strand7作有限元分析工具的拓扑优化实现技术，通过Strand7API，成功实现了优化求解与Strand7有限元分析的连接，开发出可行的程序系统。2.实现各种求解算法与数值问题的处理方法将数学规划法中可行方向法，序列线性规划法和序列二次规划法与拓扑优化集成，将针对SIMP方法的优化准则算法，应用于拓扑优化计算过程中，在算法上进行实现。分析拓扑优化计算中常出现的多孔材料、棋盘格、网格依赖性、局部极值等数值计算不稳定现象，程序实现了一种能有效去除棋盘格式和多孔材料的过滤数值算法。3.实现不同优化目标为了深入拓展连续体结构拓扑优化的应用范围，描述了基于结构应变能，互变能等为目标的拓扑优化模型，并以有限元分析软件Strand7为基础，充分利用其各种分析功能，实现多种载荷边界条件，不同目标类型的拓扑优化。探讨了最佳散热问题的提法和求解方法，计算了各种实际算例，验证了所开发程序的有效性。本文工作得到国家自然科学基金重点项目(10332010)、创新群体基金项目(10421202)、国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2006CB601205)以及教育部“新世纪优秀人才”资助计划(2004)的资助。10.期刊论文王中华.温卫东基于自适应遗传算法的连续体结构的拓扑优化-机械科学与技术2004,23(11)采用遗传算法,用染色体基因映射结构离散化后的单元体,通过改变基因代码实现连续结构的拓扑.优化过程中,利用遗传算法进行结构优化,通过有限元技术对结构进行建模和分析.在遗传算法中,采用自适应的交叉和变异算子,提高优化分析效率,改善优化分析结果.算例分析表明所提出的方法是有效的.引证文献(4条)1.王伟大展弦比飞翼结构拓扑形状与尺寸优化设计[学位论文]硕士20072.张伟.鹿晓阳.杜忠友.赵晓伟.孙传伟渐进结构优化方法及算例[期刊论文]-山东建筑工程学院学报200