【摘 要】
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随着有限元分析精度的提高,结构强度和刚度的设计要求比较容易满足,考虑强度和刚度的优化也比较成熟,结构在强度和刚度方面的事故率也大幅度降低。但结构内力分析不足,根据航空事
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随着有限元分析精度的提高,结构强度和刚度的设计要求比较容易满足,考虑强度和刚度的优化也比较成熟,结构在强度和刚度方面的事故率也大幅度降低。但结构内力分析不足,根据航空事故分析统计,大约有83%的(122起事故中的83起)事故是由结构内力过载造成的。重视结构关键部位的内力,并将结构内力调整到一个安全的范围内,可以有效的降低事故率。通过拓扑优化可以得到传力路径,不同传力路径对应不同内力载荷。如果将内力载荷作为目标或约束进行拓扑优化可以得到满足不同需求的传力路径,为拓扑优化的发展提供新思路和新方法,具有重要的理论意义和工程价值。 基于ICM(Independent,Continuous and Mapping)方法,分别对内力响应为约束和目标的连续体结构拓扑优化的方法进行了研究,主要研究内容如下: (1)基于子结构法将结构分开将内力暴露出来,以结构重量最小为目标,以指定路径上的内力关系和结构应力为约束建立连续体结构拓扑优化模型,通过累加获得需要控制的传力路径上的内力,通过迭代调整两个路径上的内力使其比值达到一个稳定的值,从而获得满足内力约束的传力路径。 (2)以指定路径上的内力关系为目标,以结构应力和体积比为约束建立了连续体结构拓扑优化模型。基于ICM方法将优化模型转化为二次规划模型,采用Matlab二次规划求解器进行迭代求解,得到最优拓扑。 (3)以MSC.Nastran软件为结构分析求解器,以MSC.Patran软件为开发平台,采用PCL(Patran Command Language)语言,开发了以内力响应为约束和目标的连续体结构拓扑优化程序。数值算例表明该程序算法具有可靠性,可以得到满足内力关系的清晰传力路径。
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