热力耦合作用下支撑平台的拓扑优化.pdf

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1、第31卷第4期计算机仿真2014年4月文章编号：1006—9348(2o~4)04—0227—05热力耦合作用下支撑平台的拓扑优化李湘勤，谢军，刘永明1,2，刘震宇(1．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春130033；2．中国科学院大学，北京100039)摘要：在光电经纬仪支架结构优化设计中，为了减少支撑平台变形对被支撑对象工作性能的影响，引入连续体拓扑优化技术进行结构设计。对支撑平台结构进行优化设计，使得受载荷时支撑平面的变形量减少。根据两种支撑平台的结构形式及可能工作的环境，建立位移最小热力耦合拓扑优化数学模型。应用材料属性有理近似模型(Rationalappr

2、oximationofmaterialproperties，RAMP)对弹性模量及热应力进行插值，并推导目标函数对设计变量的敏度，用Matlab编程，在Comsol脚本环境下对支撑平台结构在三种工况下分别进行拓扑优化设计。对比经验设计结构与拓扑优化设计的结构支撑平面的变形值，结果显示经优化后的结构支撑平面变形明显得到改善，证明了方法的正确性，为支撑平台结构设计提供可靠的理论基础。关键词：支撑平台；拓扑优化；热力耦合；多工况中图分类号：TP202+．7文献标识码：BTopologyOptimizationofSupportingPlatformStructuresunderTher

3、mo——MechanicalLoadsLIXiang—qin，LIUYong—ming，XIEJun，LIUZhen—yu(1．ChangchunInstituteofOptics，FineMechanicsandPhysics，ChineseAcademyofSciences，ChangchunJilin130033，China；2．UniversityofChineseAcademyofSciences，Bering100039，China)ABSTRACT：Inordertoreducetheeffecttotheperformanceofsupposedobjectcau

4、sedbythedeformationofsup—portingplatform，atopologyoptimizationofcontinuummechanismmodelwaspresentedinthepaper．Theoptimiza—tionofsupportingplatformstructurescanreducethedeformationoftheloadedsupportingsurface．Basedontwostruc—tureformsofsupportingplatformunderfixedloadcases，athermo—mechanicalto

5、pologyoptimizationmodelwases-tablishedtoaimattheminimumdisplacement．Intheoptimizationmodel，theelasticmodulusandthermalstresswerecalculatedusingtherationalapproximationofmaterialpropertiesmethod(RAMP)．Thedetailedderivationofsensitivityanalysiswasproposed．Theoptimizedsupportingplatformunderthre

6、eloadcaseswascarriedoutusingMatlabprogrammingunderComsolscriptenvironment．Compareitwiththedeformationofsupportingsurfaceofthesupportingplatformdesignedundertheempiricaldesign，theresultshowsthattheformerismuchbetter，andprovesthevalidityofthemethod．Theresearchprovidesareliablemethodologyfoundat

7、ionforthedesignofthesupportingplatform．KEYWORDS：Supportingplatform；Topologyoptimization；Thermo—mechanical；Muhipleloadcases自重、视轴位置、工作温度等因素会导致支撑平台发生变形，1引言降低经纬仪的测角精度。因此，减小支撑平台的变形对提高精度的光学系统通常对支撑平台的性能要求苛刻，例高光电经纬仪测角精度或提高光学系统的精度具有重要作如用于目标姿态实时观察，空中目标