集中力擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、碩士學(xué)位論文集中力擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)D e s i g n O p t i m i z a t i o no f C o n c e n t r a t e d f o r c e d i f f u s i o ns t r u c t u r e s學(xué) 號(hào)： 2 1 1 0 3 1 0 5大連理工大學(xué)D a l i a nU n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘

2、 要航天運(yùn)載器是一個(gè)由多個(gè)部段組裝而成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，外部載荷的傳遞方式往往由運(yùn)載器中各部段之間的連接結(jié)構(gòu)的形式所決定。外部載荷在結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳遞的過(guò)程中往往被轉(zhuǎn)化為集中力載荷作用。為了降低集中載荷對(duì)結(jié)構(gòu)造成的剛度、強(qiáng)度以及穩(wěn)定性的破壞以及不利作用，設(shè)計(jì)者通常需要在指定區(qū)域布置特定的結(jié)構(gòu)來(lái)擴(kuò)散集中載荷作用。本文主要探索了實(shí)際工程中的集中力擴(kuò)散結(jié)構(gòu)在多種設(shè)計(jì)要求下的概念優(yōu)化設(shè)計(jì)以及精細(xì)優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。M i c h e l l 桁架理

3、論是桁架結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化中的經(jīng)典理論，研究將集中力以最優(yōu)的桁架結(jié)構(gòu)傳遞到給定的支座。集中力作用方向以及集中力和支座的相對(duì)位置決定了最優(yōu)M i c h e l l 桁架的布局。當(dāng)集中力垂直于支撐邊界時(shí)，傳統(tǒng)的M i c h e l l 桁架理論給出的解是一根與邊界垂直的直桿，而實(shí)際工程中需設(shè)計(jì)最優(yōu)集中力傳遞路徑，使得其可以均勻地分布到支承邊界。因此，盡管集中力擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)也是尋求最優(yōu)的傳力路徑，但是M i c h e l l 桁架理論并

4、不能為這個(gè)問(wèn)題提供解答?；诖?，本文提出集中力擴(kuò)散問(wèn)題的連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化模型，其中優(yōu)化目標(biāo)為最小化結(jié)構(gòu)柔順性，設(shè)計(jì)約束為材料體積用量以及指定區(qū)域的節(jié)點(diǎn)內(nèi)力方差，并給出二維和三維兩種優(yōu)化算例。上述連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化給出了集中力擴(kuò)散結(jié)構(gòu)最優(yōu)布局的概念設(shè)計(jì)，但是，實(shí)際工程希望得到更精細(xì)、可加工的設(shè)計(jì)，需要我們研究結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果的解讀方法，即結(jié)構(gòu)拓?fù)涮卣魈崛?。本文從拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果密度分布的等值線入手，以工程中常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式對(duì)概念設(shè)計(jì)進(jìn)行拓?fù)涮卣魈?/p>

5、取。在密度等值線提取結(jié)果的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程中對(duì)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的樸素認(rèn)識(shí)和常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)一步將特征提取結(jié)果規(guī)則化，得到兩種可能的結(jié)構(gòu)形式，分別是“大開孔”結(jié)構(gòu)和“類桁架”結(jié)構(gòu)。在這兩種結(jié)構(gòu)形式基礎(chǔ)上，綜合采用形狀優(yōu)化、尺寸優(yōu)化等方法，本文實(shí)現(xiàn)了從概念設(shè)計(jì)到結(jié)果解讀再到精細(xì)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)流程。最后，依照提出的優(yōu)化設(shè)計(jì)流程，本章分別對(duì)平板集中力擴(kuò)散結(jié)構(gòu)和“貯箱短殼放射肋”的集中力擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，均得到了滿足工程設(shè)計(jì)要求的結(jié)構(gòu)方案