耳片接头结构的拓扑优化与参数化设计分析

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1、承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：万方数据南京航空航天大学硕士学位论文摘要在当今飞机结构的研究设计过程中，针对传递集中载

2、荷的关键部位，常采用耳片接头。传统的耳片接头结构设计方法具有周期长、费用高、效率低的缺点，而且设计人员为了满足静强度和疲劳寿命等设计要求往往选择过大的安全系数造成结构过重。本文结合拓扑优化与参数化设计方法，利用功能强大的有限元建模与分析软件MSC.Patran/Nastran和计算机辅助优化软件Isight，设计了一套高效实用的耳片接头结构优化设计方案。本文基于SIMP插值模型，以最小化模型柔度为优化目标，以体积约束为约束条件，建立了变密度法拓扑优化数学模型，并运用优化准则法对数学模型进行了推导求解。然后

3、基于MSC.Patran/Nastran软件的二次开发平台，利用软件自带的PCL二次开发语言，开发了适用于耳片接头结构的拓扑优化模块，并通过编译MSC.Patran的初始化文件把优化程序植入软件界面，方便用户体验操作。基于变密度法拓扑优化结果，确定初步设计以后的耳片接头结构模型，再利用软件自带的PCL二次开发语言建立耳片接头结构的参数化设计模型。然后基于参数化设计模型和Isight优化软件，以最小化质量为优化目标，以最大应力和疲劳寿命为约束条件，建立耳片接头结构的形状优化流程框架，利用序列二次规划算法求解

4、后得到满足约束条件的最优耳片接头结构模型。本文通过拓扑优化与参数化设计方法，设计了一套高效实用且适用于耳片接头结构的优化设计方案，为工程结构的设计提供了参考。关键词：耳片接头结构，拓扑优化，参数化设计，优化准则法，PCL二次开发语言，序列二次规划算法本文工作在机械结构力学及控制国家重点实验室完成。本文的研究工作得到了国家自然科学基金（项目编号：11172131）的资助。I万方数据耳片接头结构的拓扑优化与参数化设计研究AbstractInthedesignofmodernaircraftstructure,

5、lugconnectorsareoftenusedinthekeypositionofthetransmissionofconcentratedloads.Traditionaldesignmethodoflugconnectorshasdisadvantagesoflongcycle,highcostandlowefficiency,andthepersonnelalwayschoosetoolargesafetyfactortomeetthedesignrequirementsofstaticstre

6、ngthandfatigue,whichresultsinoverweightofthestructure.Basedonthetopologyoptimizationandtheparametricdesignmethod,thispaperusesthepowerfulfiniteelementmodelingandanalysissoftwareMSC.Patran/NastranandthecomputeraidedoptimizationsoftwareIsighttodesignasetofe

7、fficientandpracticaloptimaldesignschemeforlugconnectors.AmathematicalmodelfortopologyoptimizationofartificialmaterialisformulatedbasedonSIMPinterpolationmethod,whichreferstotheminimalcomplianceasobjectiveandsubjectstothestructuralvolumeandissolvedbytheopt

8、imizationcriterionmethod.Then,atopologyoptimizationmoduleoflugconnectorsisdevelopedbasedonthePCLlanguageintheredevelopmentplatformofMSC.Patran/Nastransoftware.Andtheoptimizedprogramisembeddedinthesoftwareinterfaceby