考虑连通性与结构特征约束的增材制造结构拓扑优化方法

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 增材制造发展现状

1．2．1 增材制造工艺分类

1．2．2 增材制造中存在的制造约束

1．3 连续体结构拓扑优化综述

1．3．1 密度描述拓扑优化方法

1．3．2 水平集拓扑优化方法

1．3．3 基于进化方法的拓扑优化

1．3．4 结构拓扑优化应用

1．4 考虑增材制造约束的拓扑优化方法研究现状

1．4．1 考虑尺寸约束的拓扑优化方法

1．4．2 考虑自支撑约束的拓扑优化方法

1．4．3 考虑制造缺陷的拓扑优化方法

1．4．4 研究现状小结

1．5 基于拓扑优化的筋板式结构设计方法研究现状

1．6 本文研究内容

2 基于温度比拟的结构连通性等效描述方法(VTM)

2．1 引言

2．2 基于图论学的结构连通性表征方法

2．3 虚拟温度法

2．4 虚拟温度法数学列式

2．5 数值验证

2．6 本章小结

3 基于VTM的含连通性约束结构拓扑优化方法

3．1 引言

3．2 优化模型

3．2．1 优化列式

3．2．2 材料属性插值格式

3．3 敏度分析

3．3．1 目标函数的敏度分析

3．3．2 连通性约束g2的敏度分析

3．4 优化参数设定

3．5 数值算例

3．5．1 算例1：2维悬臂梁结构

3．5．2 算例2：2维MBB梁结构

3．5．3 算例3：3维简支结构

3．5．4 算例4：3维悬臂梁结构

3．6 本章小结

4 基于VTM的含脱模约束结构拓扑优化方法

4．1 引言

4．2 基于VTM的脱模约束等效列式

4．2．1 单向脱模约束

4．2．2 多向脱模约束

4．3 优化列式

4．3．1 优化模型

4．3．2 有限体积法

4．3．3 材料属性插值格式

4．4 敏度分析

4．4．1 目标函数的敏度分析

4．4．2 单向脱模约束的敏度分析

4．4．3 多向脱模约束的敏度分析

4．5 优化流程

4．6 数值算例

4．6．1 算例1：2维悬臂梁结构

4．6．2 算例2：2维简支梁结构

4．6．3 算例3：3维简支实体结构

4．7 本章小结

5 筋板式结构加筋布局与高度协同优化设计

5．1 引言

5．2 加筋布局与高度协同优化模型(H-DGTP)

5．2．1 单元密度的参数化列式

5．2．2 优化列式

5．3 敏度分析

5．3．2 参数β对优化进程的影响

5．4 算法流程

5．5 数值算例

5．5．1 算例1：实体模型优化

5．5．2 算例2：简支板加筋设计

5．6 工程应用

5．6．1 工程应用1：大口径空间反射镜背部加筋设计

5．6．2 工程应用2：火炮摇架设计

5．7 本章小结

6 筋板式结构加筋布局与截面构型协同优化设计

6．1 引言

6．2 Giavotto梁理论

6．2．1 基本方程

6．2．2 截面刚度矩阵计算

6．2．3 梁单元刚度矩阵

6．3 优化模型

6．3．1 优化列式

6．3．2 敏度分析

6．4 算法流程

6．5 数值算例

6．5．1 算例1：加筋板结构

6．5．2 算例2：夹芯板

6．6 本章小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 创新点

7．3 展望

参考文献

攻读博士学位期间科研项目及科研成果

致谢

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