收藏本站
《湖南大学》 2018年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于等几何的快速CAD/CAE一体化机械结构设计和不确定分析方法研究

丁陈森  
【摘要】:数值模拟技术已成为机械结构设计、分析和优化不可或缺的工具,并广泛应用于汽车船舶,航空航天等各个领域。受限于传统数值模拟中CAD和CAE之间的鸿沟和反复计算修改模型所需的巨大耗时,工程师很难实现简单快捷地准确表征和修改机械结构的CAD几何模型,并迅速(实时)地得到结构的CAE分析结果,从而加速产品开发和提高社会效益的梦想。此外上述鸿沟会严重制约结构的形状优化,尤其对于已广受重视的变厚度板(Tailor Rolled Blank,TRB),依旧没有通用甚至粗略的方法可以对其轮廓进行精确表征其和厚度进行连续优化。同时针对非确定性因素广泛存在于机械结构之中,并且这些不确定性因素可能对结构响应产生巨大影响,因此传统基于确定性参数的分析方法并不能得到一个精确可靠的结果。本文力图解决上述问题,提出了基于等几何的机械结构CAD/CAE快速一体化设计、优化和不确定性分析方法,主要研究内容包括以下几个方面:1.首次提出了等几何独立系数(IGA-IC)一体化方法用于精确修改机械结构形状和材料并准确实时地计算其CAE响应和等几何的间接分解更新法(IGA-IFU)用于快速精确计算结构修改形状和边界后的响应。该方法通过IGA将CAD和CAE一体化实现简单快速的CAD和CAE模型修改。并通过结构修改所影响的自由度来构造缩减基,利用这些缩减基将具有N个自由度的大规模问题缩减为自由度只有S的小规模问题,并且S远小于N。最后只需求解S×S的小规模方程,从而避免了计算原大规模问题所需的大量时间,实现了CAD/CAE实时一体化结构分析和设计。此外首次将IGA-IC方法拓展到非线性领域,即在每次非线性分析的Newton-Raphson迭代中,只需求解缩减的IGA离散平衡方程,实现了保证精度的同时极大地提高非线性迭代分析的效率。2.首次提出了基于等几何的变厚度板几何模型的精确表征、CAE精确分析和通用的连续厚度优化方法。本方法采用三维NURBS单元来准确表征和模拟变厚度模型,避免了因采用不准确的几何模型和不恰当的单元所引起的误差,消除了传统方法依靠经验离散优化其厚度等诸多问题。实现了变厚度模型的几何精确表征、CAE高精度分析,尤其是厚度的连续优化。3.针对机械结构的不确定性分析,首次提出了等几何n次广义摄动随机法用于极速分析结构静态和动态低维不确定性问题。该方法使用一个小的摄动参数对随机输入变量和状态函数在其平均值附近进行n次Taylor多项式展开。它充分利用n次摄动法可以提高Taylor多项式展开的次数n来达到预设精度和等几何方法中CAD/CAE一体化和单个自由度具有高精度的特点。克服了传统1次或2次摄动随机有限元法不能处理较大变异系数的问题。4,针对已有文献集中考虑结构一维不确定性,即一次只考虑结构的一个参数为不确定,很少有同时考虑多个参数为随机的高维不确定性研究。作者在精确表征机械结构几何域的基础上,首次考虑材料、几何和载荷的组合不确定性,以及结构内的所有材料点(单元)独立的不确定性,因而更真实准确地模拟工程中的实际问题,如复合材料结构。并首次提出了基于特征正交分解(POD)和蒙特·卡罗法(MCS)的等几何不确定性分析方法对上述机械结构中的组合不确定问题进行快速精确求解。并且问题规模(自由度)越大,该方法效率优势越显著。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TH122

手机知网App
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王宾瑞;;创新设计在机械结构设计中的应用分析[J];科技风;2018年06期
2 李永超;孙振兴;;机械结构设计中的创新设计及应用方法探究[J];科技经济导刊;2018年06期
3 曾大开;;创新设计在机械结构设计中的应用[J];黑龙江科学;2018年16期
4 戚文梁;;机械结构设计中的创新设计应用研究[J];科技经济导刊;2018年24期
5 郑会翔;;当前工业机器人应用中的机械结构设计方法分析[J];南方农机;2018年16期
6 张伏层;;浅谈机械结构设计中的创新设计[J];内燃机与配件;2018年17期
7 叶海林;;空调机械结构设计的创新与应用[J];科技资讯;2018年14期
8 吴夏宣;;试论创新设计在机械结构设计的运用[J];中国战略新兴产业;2018年44期
9 刘文俊;李中林;贾雷雷;;创意性的机械结构设计探讨[J];信息记录材料;2017年07期
10 关全;;机械结构设计中的创新设计[J];橡塑技术与装备;2015年24期
中国重要会议论文全文数据库 前5条
1 包安群;王明学;;微机保护装置机械结构设计中的电磁屏蔽措施[A];中国电子学会生产技术学分会机械加工专业委员会第八届学术年会论文集[C];2001年
2 张洪武;顾元宪;;机械结构设计接触非线性耦合分析与有限元分析软件系统JIFEX-CONT[A];西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年
3 王文强;聂宏;魏小辉;刘向尧;陶周亮;王梓霖;;起落架数字化样机的快速设计与信息管理[A];第十六届计算机工程与工艺年会暨第二届微处理器技术论坛论文集[C];2012年
4 王运永;王少敏;刘荣光;刘靖;孙式军;宋晓非;李如柏;张健;沈本尉;陈光培;金艳;柯尊建;高树琦;谢佩佩;颜洁;仲崇昌;陈元柏;罗春辉;娄家恕;谢青;;北京谱仪漂移室[A];第7届全国核电子学与核探测技术学术年会论文集(一)[C];1994年
5 黄红锦;庄国治;;双星有效载荷分系统高能探测仪器机箱结构设计[A];中国空间科学学会空间探测专业委员会第十六次学术会议论文集(上)[C];2003年
中国重要报纸全文数据库 前2条
1 郝丽梅;打洲 打造国产精品软件[N];黑龙江日报;2004年
2 李己平 衣丹;擎科技利刃 搏市场风云[N];经济日报;2002年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 丁陈森;基于等几何的快速CAD/CAE一体化机械结构设计和不确定分析方法研究[D];湖南大学;2018年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张博;摄像机器人的机械结构设计及运动仿真研究[D];河北工程大学;2013年
2 郐红艺;自动下料机的机械结构设计与研究[D];中北大学;2017年
3 郑羿;具有肢体作业功能的多足机器人设计与运动分析[D];合肥工业大学;2016年
4 康银戈;液压六足机器人的设计与仿真研究[D];吉林大学;2014年
5 靖玉凯;陆地自动化钻机的设计与研究[D];中国石油大学;2011年
6 陈敏;涂装产品外观缺陷在线检测系统的研究与开发[D];华中科技大学;2015年
7 纪金灿;智能炒菜机火控与炒菜装置的机电一体化设计[D];广东工业大学;2015年
8 汪家胜;硅片检测运动台的设计和研究[D];华中科技大学;2013年
9 宋军;新型清创设备的机械结构设计与分析[D];天津理工大学;2013年
10 刘丽丽;汽车连杆类焊接专机的设计[D];沈阳工业大学;2008年
中国知网广告投放
相关机构
>湖南大学
相关作者
>丁陈森
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026