基于基本形狀向量的復(fù)雜結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)作為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一個(gè)重要分支,可以通過(guò)改變區(qū)域的幾何形狀來(lái)達(dá)到某種約束條件下的最優(yōu),并要求某些物理量在邊界上滿足某種要求,以改善結(jié)構(gòu)的特性。在以往的形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中,很多是把節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)和節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)組合作為設(shè)計(jì)變量,這些描述結(jié)構(gòu)形狀的方法設(shè)計(jì)變量多,不易收斂,且在優(yōu)化迭代過(guò)程中易發(fā)生網(wǎng)格畸變的一些問(wèn)題。如何建立一個(gè)能夠保證結(jié)構(gòu)分析網(wǎng)格不發(fā)生畸變,通過(guò)較少的設(shè)計(jì)變量就可以方便而有效地控制和描述復(fù)雜形狀變化的方法,是一個(gè)受到普遍關(guān)

2、注的關(guān)鍵課題。
　　針對(duì)目前形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)的難點(diǎn)問(wèn)題,本文提出一種基于基本形狀向量法的復(fù)雜結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。建立了一套基本形狀向量法的優(yōu)化設(shè)計(jì)理論模型,對(duì)基本形狀向量法的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了研究,編制了基本形狀向量法的分析和優(yōu)化程序,最后利用編制的分析和優(yōu)化程序?qū)拘螤钕蛄糠ㄟM(jìn)行了實(shí)例驗(yàn)證并取得了良好的優(yōu)化效果。
　　本文主要完成了以下幾個(gè)方面的研究:
　　(1)深入研究了結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化的基本理論,對(duì)結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化的邊界描述

3、方法、設(shè)計(jì)變量和目標(biāo)函數(shù)的選擇、約束條件的確定進(jìn)行了分析。將基本形狀向量的概念引入結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)中,研究基本形狀優(yōu)化算法,建立了基于基本向量法結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)的優(yōu)化模型。
　　(2)對(duì)基本形狀向量法諸如基本形狀獨(dú)立性的檢查,基本形狀變化時(shí)其內(nèi)部形狀的從屬變動(dòng)問(wèn)題等關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了研究,并通過(guò)算例對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證,得出了基本形狀向量法在解決具有工藝約束和結(jié)構(gòu)約束的形狀設(shè)計(jì)的優(yōu)越性。
　　(3)對(duì)基本形狀向量生成方法進(jìn)行了研究,研究

4、了網(wǎng)格劃分軟件模塊開(kāi)發(fā)難點(diǎn),提出了關(guān)聯(lián)線(面)法、節(jié)點(diǎn)均勻化法、映射變化法等幾種基本形狀向量的生成方法。
　　(4)深入研究基本形狀向量法的分析程序算法和優(yōu)化算法,并基于基本形狀向量法利用C語(yǔ)言進(jìn)行了分析程序和優(yōu)化程序的編制。
　　(5)利用編制的分析程序和優(yōu)化程序,結(jié)合MATLAB、Hyperworks軟件對(duì)汽輪機(jī)葉根齒形和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)支架進(jìn)行了形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)。從設(shè)計(jì)結(jié)果來(lái)看,對(duì)具有結(jié)構(gòu)約束的結(jié)構(gòu),利用基本形狀向量法在改善結(jié)構(gòu)