基于变密度法的结构拓扑优化研究

【摘要】内燃机是工程机械的主要动力装置。随着科学技术的发展，将拓扑优化技术应用于内燃机零部件的设计或改进中，可以有效提高相关零部件的结构特性。本文将连续体结构的拓扑优化方法作为分析内容，介绍了当今结构拓扑优化领域的发展状况，深入研究了在拓扑优化过程中所使用到的材料插值模型方法和优化算法，以及在拓扑优化结果中会出现的数值不稳定现象以及其抑制方法。以此理论研究为依据，将拓扑优化设计技术应用到内燃机零部件的改进设计中，从而在改善结构使用特性的同时实现结构的轻量化。主要工作如下：1)对连续体结构拓扑优化的理论做了深入的研究，分别探讨了材料插值模型方法，优化求解算法以及各种数值不稳定现象及其抑制策略。2)针对优化准则算法中所存在的不足之处，提出了一种改进的移动极限常数，且给出了具体的迭代格式，且通过算例验证表明与原来的迭代相比，过程更稳定，收敛速度更快。3)针对变密度法中RAMP法在惩罚函数方面的不足之处，基于变密度法的理论对RAMP法在惩罚方面作了改进，得到新的修正RAMP插值模型方法，且通过算例做了验证，结构表明修改后的插值函数模型方法与原来的模型方法相比，结果更稳定，收敛速度更快。并进一步将改进的RAMP法应用到内燃机活塞裙部的拓扑优化中，得到了较为理想的改进效果，提高了计算效率，验证和体现了改进的RAMP法拓扑优化技术在内燃机结构件设计中的可行性和应用价值。
【作者】王杰；
【导师】续彦芳；岳文忠；
【作者基本信息】中北大学，动力工程，2014，硕士
【关键词】拓扑优化；变密度法；惩罚函数；活塞；

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