双向渐进结构拓扑优化方法改进及应用

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1、ClassifiedIndex：U．D．C：ADissertationfortheDegreeofM．EngImprovedandapplicationofBi．．directionalEvolutionaryStructuralTopologyOptimizationMethodCandidate：Supervisor：AcademicDegreeAppliedfor：Specialty：DateofSubmission：DateofOralExamination：University：LiangPengProf．ZhuShifanMasterofEngineeringMechan

2、icalDesignandTheoryDec．10，2011Mar．13，2012HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者(签字)：粤珍碧日期：砌年了月，6日学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定

3、，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。．／本论文(口在授予学位后即可砑往授予学位12个月后口解密后)由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者(签字)：彭次日期：7唧z年3月，6日勒(签礼易钐砂债疆I酶双向渐进结构拓扑优化方

4、法的改进及应用摘要随着拓扑优化在结构设计在初始阶段中体现出来的创新性受到越来越多的认可，结构拓扑优化成为了结构优化设计领域的热点研究对象。与尺寸优化和形状优化等优化方法相比，结构拓扑优化在结构设计之初就能给设计者一个不需要任何工程经验的概念设计，对工程设计人员更具吸引力。进行连续体结构的拓扑优化数学模型建立有多种方式，涉及的变量较多，同时又各具优缺点，使得拓扑优化的工程应用未能普及。本文研究的双向渐进结构优化方法(简称BESO方法)具有算法简单、与有限元分析程序连接容易等优点，在结构拓扑优化中的应用越来越广。本文以连续体结构为研究对象，对双向渐进结构拓扑优化方法与应用进行讨论，通过对

5、其进行改进以提高其合理性、通用性以及工程实际应用能力。本文首先针对现阶段的渐进结构拓扑优化方法，总结归纳其在应用中遇到的各类常见问题及解决方法，通过分析这些方法的优缺点，提出了基于遗传算法思想并结合网格过滤技术的改进方法，避免了拓扑优化常见的“棋盘格”、网格依赖性及进入局部最优解现象。从提高材料利用率的角度出发，分别建立了以柔顺性为目标函数的结构强度拓扑优化及基于模态灵敏度排序的模态频率最大化结构拓扑优化数学模型。通过Matlab编程实现了BESO方法的改进，以经典悬臂梁及“Michell”结构验证了本文提出改进方法的改进效果，同时对比目前通用的变密度拓扑优化方法验证了本文方法的优点

6、。其次，因为工程实际中往往需要考虑强度，刚度，稳定性，模态等多种要求，本文对同时考虑应力和位移约束、模态和位移的多约束优化问题进行了研究。采用拉格朗日乘子法，分别以结构柔顺性均匀及模态频率最大化为目标函数，建立相应的多约束单元灵敏度值计算数学模型。第三，以高性能的有限元分析软件HyperWorks为平台，结合TCL与C语言进行软件二次开发。通过模块化编程操作将改进后的BESO方法在HyperWorks中实现，包括求解模型的前处理、BESO方法求解迭代曲线的同步显示、曲线编辑、结果后处理等，提高了该方法的通用性。最后针对结构粘附阻尼减振技术，结合BESO方法，提出一种适用于船舶中的大量

7、板结构粘附阻尼材料减振时确定阻尼材料粘贴位置的方法。通过在一块两端约束的简单板结构中应用该方法验证了该方法的正确性，可以在工程实践中推广该方法。关键词：拓扑优化；双向渐进结构优化方法；多目标优化；阻尼减振；双向渐进结构优化方法的改进及应用ABSTRACTTopologyoptimizationusedindesigninitialstepgivestheexpressionofinnovationandhadbeenacceptedmoreandmorew