輕質(zhì)材料微結(jié)構(gòu)的多目標拓撲優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、國內(nèi)圖書分類號：TB383國際圖書分類號：620.1工學(xué)碩士學(xué)位論文輕質(zhì)材料微結(jié)構(gòu)的多目標拓撲優(yōu)化設(shè)計碩士研究生：金煒楓導(dǎo)師：梁軍教授申請學(xué)位：工學(xué)碩士學(xué)科、專業(yè)：工程力學(xué)所在單位：復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)研究所答辯日期：2007年7月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文摘要摘要拓撲優(yōu)化設(shè)計可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化、功能特殊化、性能集成化，滿足服役環(huán)境要求。優(yōu)化設(shè)計理論和方法的發(fā)展，對改造傳統(tǒng)的設(shè)計理論和方法、提高產(chǎn)品設(shè)計水平、最

2、大限度地縮短設(shè)計周期和降低費用都起到了重要作用。由于材料的宏觀性能取決于材料微結(jié)構(gòu)的尺度、構(gòu)形與材料體分比，優(yōu)化設(shè)計材料宏觀性能是必要且可行的。通過對微結(jié)構(gòu)單胞進行拓撲優(yōu)化設(shè)計可獲得具有良好特性的復(fù)合材料，實現(xiàn)材料與結(jié)構(gòu)的一體化設(shè)計，達到材料設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計的有機融合以及實現(xiàn)材料與結(jié)構(gòu)的最佳匹配，從而在滿足宏觀結(jié)構(gòu)的功能要求下，最大限度地挖掘材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計潛力。微結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化設(shè)計往往是一個多目標優(yōu)化問題。針對定義在周期性單胞上的拓撲優(yōu)化問

3、題，用均勻化方法預(yù)報了具有周期性微結(jié)構(gòu)材料的宏觀有效性能，采用描述微結(jié)構(gòu)形式的拓撲描述函數(shù)作為優(yōu)化變量，建立多目標非線性規(guī)劃模型，用此模型進行具有特定性能的微結(jié)構(gòu)構(gòu)型的拓撲優(yōu)化設(shè)計。引入拓撲描述函數(shù)，抑制了棋盤格效應(yīng)并使微結(jié)構(gòu)邊界光滑。對于特定性能的微結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化設(shè)計，計算得到如下三種情況的微結(jié)構(gòu)形式：（1）給定宏觀等效彈性矩陣，求非空即實的微結(jié)構(gòu)；（2）兩相實體材料組成且具有極值熱膨脹系數(shù)的微結(jié)構(gòu)；（3）非空即實的具有極值熱傳導(dǎo)系數(shù)。