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机械结构拓扑优化设计实例研究

张新珍  
【摘要】:机械结构拓扑优化设计是在保证正常使用功能的前提下,从结构中逐步删除无效的单元,使结构的剩余形状进化到一个最佳结构,使每一部分的应力或应变接近于相同的安全水平。也就是在满足一定的约束条件下,追求例如经济最好,重量最轻,体积最小或寿命最长等目标。传统的结构优化通常是将一个或者几个参数确定为主要优化目标,而其它参数响应就成为一种约束,只能达到符合要求的程度。随着计算机的发展和分析效率的不断提高,引入拓扑优化的反馈机制将分析信息直接应用与指导设计,提高设计效率。 首先,用基本渐进结构拓扑优化方法对各类梁进行拓扑优化实例设计,得到梁的最佳结构,并分别用变分方法得到梁的优化设计曲线线型,把设计的最佳模型和理论线型进行比较,证明了拓扑优化的可行性。 其次,用双向渐进结构拓扑优化方法对各类梁进行拓扑优化实例设计,并与基本渐进结构所得模型比较并证明其可行性和更优性。对多载荷情况下进行渐进结构拓扑优化设计并与实际应用模型比较。 最后,用上述方法对工程中的实际例子轮毂进行分析,首先在UG中建立轮毂模型并在ANSYS中利用渐进结构拓扑优化程序进行优化设计,得到车轮轮辐在径向和弯曲载荷下的优化模型。得到轮辐在4次、5次或6次不同时刻不同位置加载径向力下的模型并进行比较。


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