ITER杜瓦的结构拓扑优化设计.pdf

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1、ITER杜瓦的结构拓扑优化设计TopologyOptimizationDesignontheStructureofITERDewar作者姓名史付洋学位类型全日制专业硕士学科、专业(工程领域)机械工程研究方向数字化设计及现代设计理论导师及职称张晔副教授2012年4月20日ITER杜瓦的结构拓扑优化设计摘要杜瓦是一种用于核聚变反应的装置，作为一个压力容器其封头即顶盖是整个结构的重要组成部分。本文中所分析的顶盖，考虑到使用场合以及加工制造等方面的要求，采用的是碟形封头结构。对原始顶盖模型受力分析表明其薄壁与外圈环向加强筋连接部位存在明显的应力集中现象，同时中心孔周围存在较大的变形。因此对顶盖作结构

2、上的重新设计以改善这一状况，是十分必要的也是很有实用意义的。为了得到体积最小同时刚度最大的加强筋结构方案，本文采用线性加权和法将多目标函数化为单目标函数，很好地解决了体积和刚度之间的相互矛盾。将顶盖三维实体的有限元模型在HyperMesh/OptiStruct中，经过多步迭代计算后获得了比较合理的顶盖加强筋分布方案和各个加强筋的大概尺寸。在此基础上进行了二次建模，并以顶盖薄壳厚度、径向加强筋纵向筋板的厚度以及横向筋板的厚度为设计变量，通过尺寸优化计算最终得出各设计变量的一组最优值。此时的顶盖静力分析，表明顶盖原先不足之处得到很大改进。通过对杜瓦顶盖的结构优化，更加全面地了解其受力特性，在产品

3、的设计阶段就可以对产品结构进行合理的设计及改进，从而缩短产品的开发周期，提高设计质量，降低开发成本。关键词：杜瓦顶盖拓扑优化尺寸优化多目标优化线性加权和法TopologyOptimizationDesignontheStructureofITERDewarAbstructTheDewarisadevicefornuclearfusionreaction,thecoverisanimportantpartofthewholestructureasapressurevessel.Thecoverforanalysisinthisarticle,useadishedheadconsideringt

4、heusageoccasionsandrequirementsofmanufacturing.Thephenomenaofstressconcentrationlocateatthejoinoflaminaandexteriorannularrib,basedonstressanslysisfortheoriginalcovermodel,atthesametimethereisaseriousdeformationlocatedaroundthecentralhole.Itisverynecessaryandpracticalsignificancetoredesignthestructu

5、reofthetopcovertoimprovethissituation.Inordertoobtaintheschemeofreinforcingribstructurehaveaminimumvolumeandmaximumrigidity,usingthelinearweightedsummethodtotransformmulti-objectivefunctionintoasingleobjectivefunction,thussolvethisconflictbetweenvolumeandstiffnesswell.Thethree-demensionalfiniteelem

6、entmodelofthetopcoverinHyperMesh/OptiStruct,obtainthereasonableschemeofrib'sdistributionandthegeneralsizethroughmulti-stepsiterativecalculations.Redesignthemodelonthebasisofaboveresults,andusethetopcovershellthickness,radialstiffenerverticalplatethicknessandtransverseplatethicknessasthedesignvariab

7、les,andobtainsabatchofvariables'optimalvaluethroughthesizeoptimization.Reanalysisthecoverinstaticthismoment,theresultshowthattheoriginalinadequaciesoftopcoveraregreatlyimproved.Throughstructureoptimizationt