汽车节能技术全套配套课件 (三)结构拓扑优化技术.ppt

《汽车节能技术全套配套课件 (三)结构拓扑优化技术.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、4b-#主编(三)结构拓扑优化技术三、轻量化制造第五章　汽车电器节能技术第六章　替代动力系统图4-35　拓扑优化设计原理a)设计空间　b)最优拓扑结构图4-36　悬架横臂拓扑优化设计案例图4-37　SUV车架拓扑优化设计案例(三)结构拓扑优化技术1.材料法(微结构法)2.几何法(宏结构法)(三)结构拓扑优化技术图4-38　连续体体结构拓扑优化方法1.材料法(微结构法)①均匀化方法(HomogenizationMethod)。1988年，Bendsoe和Kikuchi首次提出连续体拓扑优化概念和基于均匀化理论的连续体

2、拓扑优化的均匀化方法。均匀化方法在连续介质中引入带孔洞的微结构(简称微孔结构)，宏观匀质材料通过周期性分布的非匀质微孔结构进行描述，以微孔结构的尺寸变量为设计变量对连续体结构拓扑进行数学定量描述，将拓扑优化问题转化为微孔结构尺寸优化问题。然后采用均匀化方法求解不同微结构构成的结构宏观材料特性，从而得到材料宏观特性与微结构尺寸间的函数关系，而通过优化微结构尺寸的组合变化就可以得到结构宏观拓扑分布。1.材料法(微结构法)②密度法。密度法是受均匀化方法的启发而产生的。其基本思想是不引入微孔结构，而是引入一种假想的相对密度

3、在0～1之间可变的材料，它吸取了均匀化方法中的经验和成果，直接假定材料的物理参数(如许用应力、弹性模量)与其密度的非线性关系。密度法以每个单元的相对密度作为设计变量，同时引入密度与材料弹性模量的假设函数关系，故而求解效率高且实现简单。1.材料法(微结构法)密度法中常见的插值模型有固体各向同性惩罚微结构模型(SolidIsotropicMicrostructureswithPenalization，SIMP)和材料属性的有理近似模型(RationalApproximationofMaterialProperties，

4、RAMP)，两种模型均通过增大惩罚因子数值对中间密度值进行惩罚，使之向0-1状态靠近，从而减少了中间材料的出现。这两种模型目前都得到了应用，其中应用最为广泛的就是SIMP材料模型。①均匀化方法(HomogenizationMethod)。1988年，Bendsoe和Kikuchi首次提出连续体拓扑优化概念和基于均匀化理论的连续体拓扑优化的均匀化方法。均匀化方法在连续介质中引入带孔洞的微结构(简称微孔结构)，宏观匀质材料通过周期性分布的非匀质微孔结构进行描述，以微孔结构的尺寸变量为设计变量对连续体结构拓扑进行数学定量

5、描述，将拓扑优化问题转化为微孔结构尺寸优化问题。然后采用均匀化方法求解不同微结构构成的结构宏观材料特性，从而得到材料宏观特性与微结构尺寸间的函数关系，而通过优化微结构尺寸的组合变化就可以得到结构宏观拓扑分布。图4-39　二维单元微孔结构②密度法。密度法是受均匀化方法的启发而产生的。其基本思想是不引入微孔结构，而是引入一种假想的相对密度在0～1之间可变的材料，它吸取了均匀化方法中的经验和成果，直接假定材料的物理参数(如许用应力、弹性模量)与其密度的非线性关系。密度法以每个单元的相对密度作为设计变量，同时引入密度与材料

6、弹性模量的假设函数关系，故而求解效率高且实现简单。密度法中常见的插值模型有固体各向同性惩罚微结构模型(SolidIsotropicMicrostructureswithPenalization，SIMP)和材料属性的有理近似模型(RationalApproximationofMaterialProperties，RAMP)，两种模型均通过增大惩罚因子数值对中间密度值进行惩罚，使之向0-1状态靠近，从而减少了中间材料的出现。这两种模型目前都得到了应用，其中应用最为广泛的就是SIMP材料模型。图4-40　SIMP材料模

7、型中不同惩罚系数p时相对弹性模量与体积密度的关系2.几何法(宏结构法)①进化结构优化法。Steven等人提出了基于离散变量的进化结构优化方法(EvolutionaryStructuralOptimization,ESO)，其基本思想是：基于生物进化思想，通过将结构中无效或低效的材料单元逐步删除，以得到趋于最优的结构设计。该方法最大的好处在于算法简单，通用性好，基于商用化有限元分析软件具有较强的可实现性。ESO法的关键在于用一个合适的准则来评价每个单元对结构响应的贡献大小，以删除一些贡献最小的单元，因此ESO法又常称

8、为HardKill法。目前，ESO法在应力、位移/刚度、振动频率、屈曲频率等各类优化问题和工程应用中得到了广泛的研究。2.几何法(宏结构法)ESO法符合工程直观性和直觉性，但是其缺点之一在于优化结果受删除率和进化率两个参数的影响较大，同时优化效率较低，常常得到局部最优解而非全局最优解，并且难以应用于复杂目标函数和多约束情况下的拓扑优化问题。Querin等人提