基于SiPESC结构拓扑优化几类问题的研究及软件设计.pdf

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1、犬裡？大ＤＡＬＩＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹｆｉ面士享位１￡文ＭＡＳＴＥＲＡＬＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ——／＾＼＜ＯＩＩ４資々基于ＳｉＰＥＳＣ结构拓扑优化几类问题的研究及软件设计工程力学学科专业—＿＿＿作者姓名陈峰指忌教肺陈飘松教授２０１５年６月答辩日期—＿广硕士学位论文基于ＳｉＰＥＳＣ结构拓扑优化几类问题的研究及软件设计ＳｔｕｄｙａｎｄＳｏｆｔｗａｒｅＤｅｓｉｎｏｆＳｅｖｅ

2、ｒａｌＰｒｏｂｌｅｍｓｆｏｒＳｔｒｕｃｔｕｒａｌｇＴｏｏｌｏＯｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎＳｉＰＥＳＣｐｇｙｐ作者姓名：陈峰学科、专业：工程力学学号：２１２０３１１８指导教师：陈飙松教授完成日期：２０１５／５／３大ｉｉ嫂工大營ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｙｇｙ大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中巳经注

3、明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体巳经发表的研究成果，也不包含其他巳申请学位或其他用途使用过的成果一。与我同工作的同志对本研究所做的贡献均巳在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：亩这如池篇，丨日．作者签名：期：年月Ｊ日＿軒為一４ｌ一大连理工大学硕士学位论文摘要经过国内外学者多年来的深入研究，结构拓扑优化的理论及其方法不断成熟和完善，一逐渐成为工程优化设计的有力工具之，许多商用ＣＡＥ

4、软件都相继集成了结构拓扑优化功能模块，，。但是考虑到大多数商用软件受其自身私密性和滞后性的限制开放性不足无法及时地将最新的研究成果在实际工程应用中推广，ＳｉＰＥＳＣ平台的研发团队开发了一种具有良好的幵放性和可扩展性，并且支持多人、多组织协同开发的结构拓扑优化子系统ＳｉＰＥＳＣ．ＴＯＰＯ不但可以满足用户科研的需求，而且适合于工程实际应用。，本文针对结构拓扑优化中几类问题的理论和算法，包括考虑制造约束和工程需求的变量连接算法、考虑屈曲响应的拓扑优化问题以及考虑应力约束的拓扑优化

5、问题，研究探讨了它们的理论基础和数值算法，ＳｉＰＥＳＣ并基于结构拓扑优化软件子系统．ＴＯＰＯ，一步完善了软件系统的功能设计了相应的插件，进。在传统的拓扑优化列式中引入变量连接概念，建立了新的拓扑优化列式，并推导了其灵敏度公式。新的拓扑优化列式不但能够有效地解决制造约束和工程需求问题，而且减少了优化设计变量，缩小了计算规模。基于结构拓扑优化子系统ＳｉＰＥＳＣ．ＴＯＰＯ的开“”放性设计框架，采用工厂模式和算法＋模式设计方案，设计了开放式的变量连接算法框架，二次开发实现了不同

6、算法的动态选择与替换，并且给用户留下了接口。考虑到工程实际中屈曲破坏的重要性，基于国内外学者在屈曲优化方面的研宄基础上，建立考虑线性屈曲响应的连续体结构拓扑优化模型屈曲特征值的灵敏度计算公式，给出了线性的详细推导过程，并在拓扑优化软件子系统ＳｉＰＥＳＣ．ＴＯＰＯ上实现和拓展了屈曲响应拓一扑优化功能模块。进步考虑到应力强度要求在实际工程问题中的普遍性，本文开展了“”应力约束拓扑优化研究工作，主要针对应力约束的奇异解现象和大计算规模问题。具体工作是基于Ｍｉｓｅｓ准则建立应力响应

7、拓扑优化模型，推导了灵敏度计算公式，并在ＳｉＰＥＳＣＯＰＯ上。．Ｔ实现和拓展了应力响应拓扑优化功能模块本文通过多种不同的算例验证了变量连接算法理论及框架、屈曲响应拓扑优化模块和应力响应拓扑优化模块的正确性和适用性。变量连接算法框架的搭建和屈曲响应模块以及应力响应模块的实现，也表明了拓扑优化软件子系统ＳｉＰＥＳＣ．ＴＯＰＯ相比于常用软件具有更好的可扩展性和开放性。关键词：拓扑优化；ＳｉＰＥＳＣ．ＴＯＰＯ；变量连接；屈曲响应；应力约束；－－Ｉ基于ＳｉＰＥＳＣ结构拓扑优

8、化几类问题的研究及软件设计ＳｔｕｄｙａｎｄＳｏｆｔｗａｒｅＤｅｓｉｇｎｏｆＳｅｖｅｒａｌＰｒｏｂｌｅｍｓｆｏｒＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＴｏｐｏｌｏｇｙＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎＳｉＰＥＳＣＡｂｓｔｒａｃｔＡｆｔｅｒｅａｒｓｏｆｉｎｔｅｎｓｉｖｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｂｄｏｍｅｓｔｉｃａｎｄｆｏｒｅｉｇｎｓｃｈｏｌａｒｓｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｙｙ，ｔｏｐｏｌｏｇｙｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｔｈｅｏｒ