应力和位移约束下连续体结构拓扑优化设计及其在汽车设计中的应用

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1、山东理工大学硕士学位论文应力和位移约束下连续体结构拓扑优化设计及其在汽车设计中的应用姓名：戴永谦申请学位级别：硕士专业：车辆工程指导教师：王健2002.5.1山东理工大学硕士学位论文摘要应力和位移约束下连续体结构拓扑优化设计～———p———√——————————一及其在汽车设计中的应用研究生：戴永谦指导教师：王健教授～专业：交通与车辆工程

2、／，j、、＼／结构拓州优化设计问题近年来已成为研究热点，被认为是最具挑战性的课题。到目前为止，位移和应力约束下连续体结构的拓扑优化尚不多见，本文在这方面作了一定的研究。／-本文研究的主要内容可分为两大部分：a．由于本论文的所有研究

3、工作都须应用有限元结构分析软件进行，作为课题研究的准备阶段，为熟悉这一软件，本文先对用于拆装塔型井架的悬转扒杆进行了结构分析。通过将悬转扒杆结构简化为梁一杆单元，进行有限元离散，对扒杆在井架最上和最下两个极端位置进行了有限元计算，主要分析了扒杆在水平吊重和垂直吊重，单臂吊重和双臂吊重等工作状态下结构的受力情况。针对悬转扒杆中的套筒结构，提出了以弹性边界单元，取代套筒的约束作用的方法。以便直接用通用有限元结构分析程序分析带有套筒的复杂结构，将问题分解、简化。b．进行了连续体结构在应力和位移约束下的结构拓扑优化，并将其应用于汽车车架的优化中。本文对平面弹性体和受弯薄板结

4、构进行了应力和位移约束下的拓扑优化设计研究。采用分级优化技术进行优化。即根据丝壅釜堡的不同，将结构优化分级进行，每一级优化只处理一类或一种约束条件。对于优化中的位移约束，分别推导了平面弹性体结构和受弯薄板结构位移计算的莫尔积分公式，提出了与通用程序相配合的位移计算方法。以此作为位移约束，用处理位移约束的最速下降法进行位移约束处理，并分别给出了算例；最后，将这一方法应用于实际中，对汽车车塑进行了拓扑优化。r体课题研究得到山东省自然科学基金支持／一ShandongUniversityofTechnologyTopologyOptimizationDesignofCont

5、inuumunderStressandDisplacementConstraintsandItsApplicationinAutomobileDesignSpecialty：TrafficandVehicleEngeeringMasterCandidate：DaiYongqianSupervisor：Prof．WangJianAbstractStructuraltopologyoptimizationhasbeenregard6dasoneofthemostchallengingsubjectinstructuraloptimization．Uptillthepre

6、sentmoment，topologyoptimizationdesignofcontinuumunderstressanddisplacementconstraintsisfewrelatively,thispaperdidpartofthiskindofstudywork．Themaincontentsofthisthesisincludetwoparts：A．Sinceallthestudyworkinthispapermustusethefiniteelementanalysissoftware，asthepreparestage，thispaperanal

7、yzedtherotationgin-pole，whichisusedtodismountthederrick．Beaimedatthestrengthaccountingofrotationgin—pole，makethestructurereduceabeam-barcell，andmakeelasticityfrontier-cellfiniteelementstraggling，haveafiniteelementanalysisbytherotationatthederrick’StWOterminuslocation，mainanalysisthestr

8、ucture’Sstrainedcaseathorizontal，verticality，onelimbandtwolimbconstitutionofthegin-pole，andmakeanalysisbythestresseffect．B．TopologyoptimizationdesignofcontinuumunderstressanddisplacementconsUaintsanditsapplicationinautomobiledesign．Thecontinuumsinthisthesisrefertoelasticplaneandthinp