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《大连理工大学》 2005年
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基于Level Set方法的结构优化技术

赵康  
【摘要】:连续体结构的拓扑优化是近20年来结构优化领域内的一个热点,被公认为是最具有挑战性的研究课题之一。针对连续体结构的拓扑优化目前采用较多的是均匀化方法和变密度法。本文着重研究基于水平集方法的结构拓扑、形状优化技术。 水平集方法(Level Set Method)是国外学者Sethian和Osher于1988年提出的一种用于追踪运动边界的数值方法,在图像处理、流体力学等方向有着广泛的应用。自从2000年Sethian和Wiegmann把水平集方法引入结构优化领域以来,由于其具有的独特优势,引起了各国学者的高度关注和极大的研究热情。基于Level Set方法的结构优化技术的研究虽然兴起的时间不长,如著名学者Bendson在其2002年的专著中所说的,这一技术还处于初始发展阶段。 本文对基于Level Set方法的结构优化技术进行了研究,总的指导思想是以LevelSet方法为中心,充分挖掘Level Set方法的特性,发挥其独特的优势,以解决传统结构优化方法解决不了或解决得不好的问题。 文中研究了拓扑相关荷载作用下的结构拓扑/形状优化问题,此类问题采用传统的方法处理起来非常困难,我们基于水平集方法提出了解决方案,并得到了不错的结果;此外我们提出了基于拓扑描述函数方法的结构拓扑/形状优化一体化,在拓扑优化中通过引入拓扑导数,大大提高了优化效率;接着我们在水平集框架下,提出了基于理性最优化准则的拓扑优化方法,数值结果表明该方法稳定高效;然后我们成功实现了水平集方法与扩展有限元方法(Extended Finite Element Method)的结合,并将其运用到我们提出的基于欧拉描述的形状优化当中;另外,我们基于拓扑描述函数方法还做了复合材料设计方面的工作。 研究工作表明,水平集方法在结构优化领域的应用,具有很多其他方法所不具备的优势,是一个很有价值的研究方向。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TU311.4

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 王博;蜂窝结构多功能优化设计[D];大连理工大学;2007年
2 王晓明;特定功能结构的拓扑优化[D];大连理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 周玲丰;机床结构静动力分析与典型部件构型设计[D];大连理工大学;2011年
2 吴雪云;典型火炮结构静动力分析与轻量化设计[D];大连理工大学;2011年
3 王婷;基于载荷路径法的机翼可变后缘柔顺结构拓扑优化研究[D];南京航空航天大学;2010年
4 张新超;基于ABAQUS的位移约束结构拓扑优化方法研究[D];长沙理工大学;2012年
5 黄杰;基于变密度法的连续体拓扑优化技术及其应用研究[D];西北工业大学;2007年
6 陈秀;基于GA-ESO的变形柔性机构综合优化方法及其应用[D];西北工业大学;2007年
7 马德森;基于节点密度的拓扑优化设计方法及应用研究[D];大连理工大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 梅玉林;王晓明;;A LEVEL SET METHOD FOR STRUCTURAL TOPOLOGY OPTIMIZATION WITH MULTI-CONSTRAINTS AND MULTI-MATERIALS[J];Acta Mechanica Sinica;2004年05期
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3 Ole Sigmund;;Manufacturing tolerant topology optimization[J];Acta Mechanica Sinica;2009年02期
4 ;A structural topological optimization method for multi-displacement constraints and any initial topology configuration[J];Acta Mechanica Sinica;2010年05期
5 ;Recent development in structural design and optimization[J];Acta Mechanica Sinica;2010年06期
6 杨贵玉,孙宝元,李震;利用滤波法消除拓扑优化中的棋盘格式[J];微纳电子技术;2004年08期
7 褚金奎,郝秀春,王立鼎;柔性结构拓扑优化中几种求解方法的比较[J];微纳电子技术;2005年10期
8 叶红玲;隋允康;;应力约束下连续体结构拓扑优化的ICM方法[J];北京工业大学学报;2005年S1期
9 叶红玲;隋允康;;应力约束下连续体结构的拓扑优化[J];北京工业大学学报;2006年04期
10 龙凯;左正兴;;基于RAMP模型的ICM连续体拓扑优化方法[J];北京理工大学学报;2007年04期
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1 江春冬;贾海朋;杜太行;张磊;江春波;;进化算法在结构拓扑优化中的应用[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
2 张桥;张卫红;朱继宏;;动响应拓扑优化设计改进[A];第十届全国振动理论及应用学术会议论文集(2011)下册[C];2011年
3 彭细荣;隋允康;;频率约束下连续体结构ICM拓扑优化[A];北京力学会第11届学术年会论文摘要集[C];2005年
4 刘书田;冯超恒;;基于现有软件的参数化结构拓扑优化实现技术与程序系统[A];第二届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2006年
5 徐荣桥;陈伟球;;功能梯度双压电晶片的材料组分优化[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
6 龙凯;肖涛;左正兴;;动柔顺度最小目标下的连续体拓扑优化方法[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
7 龙凯;李涛;左正兴;孙宇娟;;基于独立节点变量的连续体动态拓扑优化方法[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
8 曹乐;徐胜利;;水下爆炸冲击波和气泡群相互作用的三维数值模拟[A];第十三届全国激波与激波管学术会议论文集[C];2008年
9 李俊峰;周宏;王为;汤波;吕敬;;充液航天器液体晃动及液固耦合动力学研究进展[A];动力学与控制及航天应用[C];2008年
10 Rehan H.Zuberi;;Homogenization Topology Optimization Method Based on Continuous Field[A];结构及多学科优化工程应用与理论研讨会’2009(CSMO-2009)论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张祖军;无网格法及其在注塑充填数值分析中的应用[D];华南理工大学;2010年
2 卢兆刚;基于混合FE-SEA方法的汽车薄壁件中频声学特性预测及优化研究[D];浙江大学;2011年
3 乔赫廷;连续体结构拓扑优化模型讨论及其应用[D];大连理工大学;2011年
4 林鹏;质子交换膜燃料电池电堆的热力耦合封装力学研究[D];大连理工大学;2011年
5 丁妍羽;基于化学流变学的树脂传递模塑工艺过程的数值模拟及灵敏度分析[D];山东大学;2011年
6 李冬梅;多场耦合及多相材料的柔顺机构拓扑优化研究[D];华南理工大学;2011年
7 刘孝保;电子设备动态性能有限元建模与优化方法研究[D];电子科技大学;2011年
8 余志祥;高速铁路大型客站建筑风荷载及流固耦合作用研究[D];西南交通大学;2011年
9 彭志威;基于计算流体力学的虹吸式流道形状优化设计[D];湖南大学;2009年
10 蒋斌;地铁站全膜流板式蒸发冷却器传热传质机理研究[D];重庆大学;2010年
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1 李伟;基于ANSYS平台的拓扑优化方法研究及其在离心机吊篮结构设计中的应用[D];中国工程物理研究院;2010年
2 王祎;载机舰在风、浪中的气流场数值模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 宫玉林;加工中心十字滑台结构优化设计及静刚度试验[D];大连理工大学;2010年
4 张成;SU-8柔性微夹钳的拓扑优化设计与制作工艺[D];大连理工大学;2010年
5 马超;机床结构设计方法研究及在立柱设计中的应用[D];大连理工大学;2010年
6 刘海朋;带有自由表面流动的N-S方程的数值解法[D];大连理工大学;2010年
7 李伟湘;基于二次规划法的连续体结构拓扑优化方法及其应用研究[D];长沙理工大学;2010年
8 陈敏;基于EFG法的连续体结构模态拓扑优化研究[D];湘潭大学;2010年
9 孙苗苗;允许部分越浪海堤越浪量及越浪流的研究[D];中国海洋大学;2010年
10 朱培模;高效节能搅拌器的数值模拟及性能预测[D];昆明理工大学;2008年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 隋允康;杨德庆;;A NEW METHOD FOR STRUCTURAL TOPOLOGICAL OPTIMIZATION BASED ON THE CONCEPT OF INDEPENDENT CONTINUOUS VARIABLES AND SMOOTH MODEL[J];Acta Mechanica Sinica;1998年02期
2 褚金奎,郝秀春,王立鼎;拓扑优化方法的研究现状及在微机构设计中的应用[J];微纳电子技术;2003年Z1期
3 杨贵玉,孙宝元,李震;利用滤波法消除拓扑优化中的棋盘格式[J];微纳电子技术;2004年08期
4 褚金奎,郝秀春,王立鼎;柔性结构拓扑优化中几种求解方法的比较[J];微纳电子技术;2005年10期
5 徐向阳,许金霞,徐志英,邵维玲,刘颖;自行火炮车体刚强度有限元分析[J];兵工学报;1996年01期
6 于靖军,毕树生,宗光华;空间全柔性机构位置分析的刚度矩阵法[J];北京航空航天大学学报;2002年03期
7 谢长川,吴志刚,杨超;大展弦比柔性机翼的气动弹性分析[J];北京航空航天大学学报;2003年12期
8 曾克俭,吕翔;蜂窝纸板综合性能研究[J];包装工程;2002年06期
9 刘红飞;严学华;程晓农;;拓扑优化方法在复合材料设计中的研究进展[J];材料导报;2006年02期
10 庄守兵,吴长春,冯淼林,袁振;基于均匀化方法的多孔材料细观力学特性数值研究[J];材料科学与工程;2001年04期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘震宇;微型及小型柔性机械结构的拓扑优化设计方法[D];大连理工大学;2000年
2 赵国忠;压电材料结构优化控制方法及结构屈曲优化设计[D];大连理工大学;2001年
3 梅玉林;拓扑优化的水平集方法及其在刚性结构、柔性机构和材料设计中的应用[D];大连理工大学;2003年
4 左孔天;连续体结构拓扑优化理论与应用研究[D];华中科技大学;2004年
5 贾海朋;结构与柔性机构拓扑优化[D];大连理工大学;2005年
6 马忠辉;可重复使用运载器热防护系统性能分析研究[D];西北工业大学;2004年
7 李震;柔性机构拓扑优化方法及其在微机电系统中的应用[D];大连理工大学;2006年
8 郝秀春;电热驱动微夹钳的拓扑设计及相关问题研究[D];大连理工大学;2006年
9 段洪君;微型飞行器飞行姿态控制方法研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
10 吕建婷;三轴稳定卫星姿态控制算法研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 柏林;三轴稳定卫星姿态确定和姿态控制系统研究[D];西北工业大学;2001年
2 韩会斌;机床结合面阻尼系数识别研究[D];北京工业大学;2001年
3 桑韧;平面连续结构拓扑优化的GA-FE方法研究[D];南京航空航天大学;2003年
4 刘永志;温度场的有限元数值模拟及其在塑件和模具冷却分析中的应用[D];郑州大学;2003年
5 毕磊;热冲击问题的温度场分析与优化设计[D];大连理工大学;2004年
6 王春会;连续体结构拓扑优化设计[D];西北工业大学;2005年
7 黄则兵;柔性机构及其在仿生跳跃机构中应用的研究[D];西北工业大学;2005年
8 陈永健;柔顺机构的拓扑优化与驱动单元配置的集成设计研究[D];汕头大学;2005年
9 刘少芳;柔顺机构的动态拓扑优化设计[D];汕头大学;2005年
10 李向阳;仿袋鼠机器人柔性跳跃机构的动力学分析[D];西北工业大学;2006年
【二级引证文献】
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1 夏天翔;姚卫星;;连续体结构拓扑优化方法评述[J];航空工程进展;2011年01期
2 陈林根;;构形理论及其应用的研究进展[J];中国科学:技术科学;2012年05期
3 张凯;邓子辰;周加喜;胡伟鹏;;圆柱夹层多孔材料的主动散热性能研究与优化设计[J];计算力学学报;2012年01期
4 范钧;;ADAMS在重载汽车驾驶室振动分析和结构评价中的应用[J];实验技术与管理;2013年06期
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1 苏文政;基于偶应力理论的多孔固体材料与结构的分析与设计[D];大连理工大学;2009年
2 蒋维;基于CAD/CAE混合模板库的锻压机床快速设计、优化方法研究[D];中国科学技术大学;2008年
3 牛斌;基于结构和材料一体化的多尺度动力优化设计[D];大连理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 石兴保;齿轮增速器的振动特性分析及其隔振设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 王塞北;焊接蜂窝铝板平压力学性能数值模拟研究[D];昆明理工大学;2010年
3 段丽芳;铁路货车车体优化设计及焊缝疲劳寿命预测[D];大连交通大学;2010年
4 凌征琦;二板式注塑机前模板结构优化及系列化设计研究[D];浙江大学;2011年
5 张宗方;大型自然通风冷却塔失效分析与优化设计[D];大连理工大学;2011年
6 淳华;基于拓扑优化方法的二维柔性结构微动平台研究[D];宁波大学;2011年
7 王婷;基于载荷路径法的机翼可变后缘柔顺结构拓扑优化研究[D];南京航空航天大学;2010年
8 张传思;硅片传输机器人手臂的拓扑优化设计[D];大连理工大学;2007年
9 洪小军;载重汽车底盘结构件的计算机辅助分析与设计[D];合肥工业大学;2008年
10 侯风超;多尺度计算镍铝多孔材料形成物性及分子振动光谱[D];山东科技大学;2009年
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9 范文锋;何景武;;基于水平集方法的连续体结构拓扑优化方法研究[J];安阳工学院学报;2007年01期
10 吕梅柏;余瑞星;张科;;基于梯度矢量流的水平集算法[J];火力与指挥控制;2008年05期
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1 敬闰宇;孙婧;李梦龙;;使用改进的水平集方法对数据进行分类[A];中国化学会第28届学术年会第14分会场摘要集[C];2012年
2 代晓青;曾竟成;肖加余;江大志;邢素丽;;水平集方法模拟反应性树脂体系一维流动界面[A];复合材料:创新与可持续发展(下册)[C];2010年
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10 魏颖;徐心和;贾同;赵大哲;;基于优化水平集方法的CT图像肺结节检测算法[A];中国系统仿真学会第五次全国会员代表大会暨2006年全国学术年会论文集[C];2006年
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1 刘箐;水平集方法在预混合湍流V型火焰模拟和形状复原问题上的应用[D];浙江大学;2010年
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3 林颖;基于水平集方法的图像分割关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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9 梅玉林;拓扑优化的水平集方法及其在刚性结构、柔性机构和材料设计中的应用[D];大连理工大学;2003年
10 田昊;面向遥感影像的建筑物区域理解方法研究[D];国防科学技术大学;2012年
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1 郑志成;基于Level Set方法的散乱数据曲面重建[D];大连理工大学;2005年
2 王超逸;水平集方法在连续体结构拓扑优化问题中的运用和发展[D];长安大学;2008年
3 王俊芳;基于水平集方法的瑞利噪声医学图像分割[D];青岛大学;2008年
4 严佳炜;具有间断解的计算机层析成像中的若干问题[D];复旦大学;2010年
5 徐子森;多相图像分割与基于先验形状的图像分割的变分水平集方法[D];青岛大学;2007年
6 王锦霞;用PDE的方法分割和填补图像[D];汕头大学;2006年
7 裴明;两类基于水平集方法的分割模型[D];河南大学;2008年
8 谭蓉;基于主动轮廓模型的图像分割与配准同步方法研究[D];长沙理工大学;2008年
9 张海青;基于水平集方法的高斯噪声图像的三维分割[D];青岛大学;2008年
10 王建步;错觉轮廓及缺失边界修复[D];中国石油大学;2008年
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