基于面向对象有限元程序设计的正交试验及其在结构优化中的研究

【摘要】： 本文采用正交试验方法对有限元结构进行优化设计,并运用面向对象有限元程序设计思想搭建了有限元分析与优化平台的底层架构。 首先,描述了面向对象中类和对象的概念,学习了面向对象有限元程序设计的基本流程,基于.NET平台开发了有限元分析与优化的类库,并给出了UML类视图详细地描述类之间的关系。其次,阐述了正交试验设计的基本理论,给出了标准正交表的构造方法,并独立开发了适于大型结构优化的正交表。最后,提出了针对结构优化设计的自适应正交试验设计方案,该方案包含从构造正交表到正交试验,再到数据结果分析的完整流程。特别地,本文还针对大型结构试验因素较多的情况,采用了“先灵敏度分析,再正交试验设计”的方法,从而压缩了试验因素和工作量。 为验证算法的有效性,本文分别以桁架结构和刚架结构进行实验计算。首先通过对标准的桁架结构(10杆、25杆和200杆桁架结构)进行正交试验,并将其结果与相应文献结果进行对比,验证了本文提出方法的可行性和有效性。之后通过对概念车身刚架结构进行正交试验,验证了本文提出的方法在大型结构优化设计中的可行性。