基于連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化方法的汽車零件結(jié)構(gòu)改進(jìn)研究.pdf

1、連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化是繼形狀優(yōu)化和尺寸優(yōu)化以后，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化領(lǐng)域出現(xiàn)的一種全新的研究方向，它能在確定的連續(xù)區(qū)域內(nèi)尋求結(jié)構(gòu)內(nèi)部材料的最佳分配（邊界形狀變化、結(jié)構(gòu)的空洞個(gè)數(shù)及其分布等），使結(jié)構(gòu)能在滿足應(yīng)力、位移等約束條件下，將外載荷傳遞到結(jié)構(gòu)支撐位置，同時(shí)使結(jié)構(gòu)的某些性能指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)。目前，關(guān)于拓?fù)鋬?yōu)化中的求解算法和數(shù)值計(jì)算不穩(wěn)定現(xiàn)象控制方法的研究仍不夠完善，并且國(guó)內(nèi)使用拓?fù)鋬?yōu)化方法在汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用研究仍然比較欠缺。汽車零件多數(shù)為連續(xù)體

2、結(jié)構(gòu)件，采用拓?fù)鋬?yōu)化方法對(duì)零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)具有很好的應(yīng)用價(jià)值。本文以連續(xù)體結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，在分析和研究了拓?fù)鋬?yōu)化的插值模型、求解算法和去除數(shù)值計(jì)算不穩(wěn)定性方法的基礎(chǔ)上，將拓?fù)鋬?yōu)化方法應(yīng)用于汽車零件結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)的研究中，以提高結(jié)構(gòu)性能或減輕零件質(zhì)量，取得了較好的效果，為拓?fù)鋬?yōu)化方法的工程應(yīng)用研究提供了一定的參考依據(jù)。 文章首先對(duì)連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化模型的描述方式及其材料插值模型進(jìn)行了研究，建立了基于SIMP理論的連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化

3、模型；推導(dǎo)了基于SIMP理論的優(yōu)化準(zhǔn)則法和移動(dòng)漸近線算法，并討論了不同影響因子的取值范圍對(duì)拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果的影響;分析了拓?fù)鋬?yōu)化中的數(shù)值不穩(wěn)定性現(xiàn)象，在研究現(xiàn)有連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化中去除數(shù)值不穩(wěn)定性的各種算法基礎(chǔ)上，驗(yàn)證了改進(jìn)的局部梯度算法能很好地消除棋盤(pán)格和控制網(wǎng)格依賴問(wèn)題，具有很好的實(shí)用價(jià)值。 其次，文章應(yīng)用拓?fù)鋬?yōu)化方法對(duì)某微型貨車車架進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，以車架的質(zhì)量最小化為目標(biāo)，車架的第一階固有頻率為約束，采用密度法對(duì)車架尾部橫梁區(qū)域進(jìn)行

4、拓?fù)鋬?yōu)化，得到了較清晰的結(jié)構(gòu)形狀，并提出一種結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案，很好的避免了車架的第一階固有頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況下的激勵(lì)頻率發(fā)生共振的危險(xiǎn)，同時(shí)減輕了橫梁的質(zhì)量，減重效果達(dá)到15.63％，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)。 最后，在分析了某微型貨車駕駛室的靜態(tài)性能基礎(chǔ)上，得出結(jié)構(gòu)具有一定的冗余設(shè)計(jì)，尤其是駕駛室的后排座椅框架。因此，基于拓?fù)鋬?yōu)化方法對(duì)駕駛室座椅框架進(jìn)行了結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)，在保證其強(qiáng)度和剛度不降低的前提下，優(yōu)化框架結(jié)構(gòu)，減重0.86