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连续体结构拓扑优化方法及其应用研究

傅建林  
【摘要】:结构拓扑优化是结构优化技术中最具挑战性的研究领域,是一种创新性的设计方法。本文针对连续体结构拓扑优化设计问题,研究和分析了国内外在结构渐进优化法方面的发展状况。 本文根据载运工具及工程结构的受力特性及其材料的性能要求,引入了适用于各向同性和各向异性所有材料情况的Ishai应力优化准则,并给出了基于该准则的双方向ESO 算法。为了解决带预应力的组合结构拓扑优化问题,提出了组合结构优化算法的基本思想。同时,结合结构单元应力水平和相对差商,对于带有尺寸和拓扑变量的连续体组合结构优化问题,导出了其应力灵敏度公式,建立了一套优化准则,形成了一种新的拓扑优化方法。 研究了三维连续体结构拓扑优化方法,并基于法国研制的结构有限单元模型的前、后置处理软件平台, 开发了一套三维连续体结构拓扑优化设计软件。 本文利用上述方法和软件进行了大量汽车构件的仿真设计。结果表明了本文研究的方法是正确和有效的,具有很广泛的工程应用前景。


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