拓扑优化在机械产品设计中的应用-研究

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1、致谢梭，光阴似箭，不觉之间三年光阴转瞬即逝!如今唯以这篇远未成熟的论学习生活的总结，深感愧疚。谨以此文对多年来所有给予我关心、帮助、示感谢!研究工作是在导师王勇副教授的悉心指导和亲切关怀下完成的，值此论文谨向恩师王勇副教授表示深深的敬意和衷心的感谢。在三年硕士生涯中，了精心的指导和热情的帮助，提供了很多锻炼的机会。在论文的选题、撰写及修改过程中，王老师给予了悉心的指导和帮助，在此向导师表示由衷的感谢。王老师亲历亲为的工作作风，精湛的学术造诣，忘我的工作精神，严谨求实的治学态度，是我终生学习的榜样。感

2、谢数字化设计与制造安徽省重点实验室的黄康老师、田杰老师，他们在学术和生活上给了我很多关心、指导和帮助，提供了很多学术科研交流的平台和机会。感谢402及404实验室的各位同窗好友，在一起学习奋斗的日日夜夜中，我们互相提高，相互促进，使三年的学习生活变得多姿多彩l感谢各位网友在文献上的帮助及程序上的交流和指导!感谢在百忙之中抽出宝贵时间对我的论文进行评阅和审议的专家们l还要特别指出，由于本人的学识和水平有限，未能很好的体现本文的写作初衷，尚有很多研究工作只能留待以后总结、弥补和继续研究。真诚希望各位老师

3、对我的论文给予批评指导，谢谢!最后，感谢长期以来给予我关心、支持和帮助的亲人及朋友，正是由于你们的帮助和支持让我在求学的道路上一路前行!朱国牛2011年3月目录．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．I研究综述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4优化常用方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．41．2．2拓扑优化常用求解算法⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

4、61．2．3拓扑优化中的数值不稳定现象⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯71．3本文的研究工作及组织结构⋯⋯。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯71．3．1本文的研究工作⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．71．3．2论文的组织结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8第二章结构拓扑优化基本理论．．⋯⋯⋯．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．92．1拓扑学概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．92．2拓扑优化基本原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．．102．2．1均匀化理论及插值方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯102．2．2变密度法及材

5、料插值模型⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．162．3本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．20第三章拓扑优化的求解算法与常见数值不稳定性问题处理⋯．．．．．．．．．213．1拓扑优化的求解算法⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯．2l3．1．1优化算法概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．213．1．2基于SIMP方法的优化准则算法．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．213．1．3基于SIMP方法的优化准则算法迭代分析流程⋯⋯⋯．．⋯．233．2拓扑优化的数值不稳定性现象及解决措施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯243．2．1拓扑优化的

6、数值不稳定性现象⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．243．2．2消除拓扑优化的数值不稳定性现象的常用方法⋯⋯⋯⋯．．243．2．3不同参数对计算结果的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．273．2．4不同方法对计算结果的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．333．3本章小结⋯⋯⋯一⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯34第四章基于拓扑优化方法的机械产品设计流程及软件实现⋯．．⋯．⋯364．1基于拓扑优化方法的机械产品设计流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．364．1．1传统的机械产品设计流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯364．1．2基于拓扑优化方法的机械产品设

7、计流程⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．374．2拓扑优化的软件实现⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．394．2．1基于MATLAB的拓扑优化编程⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．．394．2．2基于OptiStruct的拓扑优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯404．3本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．41优化方法在机械产品设计中的应用研究．⋯．⋯．．．．．．．．．．43优化方法在铸造结构中的应用研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．43概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．43应用实例一折弯机架体的拓扑优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．43优化方法在焊接结

8、构中的应用研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．45概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．455．2．2应用实例一路灯灯架的拓扑优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯465．3拓扑优化方法在钣金件结构中的应用研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯495．3．1概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．495．3．2应用实例一中央空调模块机的拓扑优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．505．4基于制造工艺约束的机械产品拓扑优化方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯．525．4．1概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．525．4．2应用实例⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯