[毕业论文]基于ESO法的循环结构的优化设计.pdf

上海交通大学
硕士学位论文
基于ESO法的循环结构的优化设计
姓名:齐恩伍
申请学位级别:硕士
专业:机械设计及理论
指导教师:蒋丹
20090201
上海交通大学工程硕士学位论文摘要
基于 ESO 法的循环结构的优化设计

摘要
循环结构是工程界经常使用的一种结构,由于其具体形状差别很大,
因此一直没有找到一个通用的优化方法,而结构拓扑优化是近年来国际
上优化研究热点问题之一,可在改善或保持结构性能的基础上得到材料
的最优分布,它使复杂结构在概念设计阶段即可灵活、理性地进行方案
优选。其中渐进结构优化设计方法(ESO 法)是拓扑优化设计的主要方法
之一,所以本文就其在循环结构中的应用进行了初步探讨,主要研究工
作有:
通过研究分析,建立了循环结构优化统一的数学模型,为后续工作
打下了良好的基础;接着介绍了ESO 法的相关理论,其中主要介绍了ESO
法应力、柔顺度(刚度)和频率三种优化模型以及在这三种模型中单元
灵敏度的概念及其相关计算方法,性能指标参数的概念和数值不稳定现
象出现的原因和抑制方法,还使用相关的算例详细说明了这三种优化模
型;最后本文使用有限元分析软件 ANSYS 的参数化设计语言(APDL),基
于 ANSYS 的“单元生死”模块,来实现 ESO 法在循环结构优化中的应用,
本文以 2D 平面、夹层心部和离合器盘毂为代表进行了实例验证,得出了
以下的结论:
(1)根据循环结构的特性,提出了通过一个循环的约束,使其在优
化过程中保持循环重复,以获得统一的优化算法;
(2)通过使用 ANSYS 有限元分析软件建立了循环结构优化的有限元
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上海交通大学工程硕士学位论文摘要
模型,并利用 ANSYS 软件的单元“生死”模块,实现了渐进结构优化法,
并得到了较为理想的拓扑优化结果;
(3)通过对循环结构优化的研究得到如下结论:当整体结构柔顺度
随着晶胞粒子数的增大而增大,这是因为粒子数增加,结构所受到的约
束数目也跟着增加,从而使整体结构的柔顺度值增加。这对选择合适的
晶胞粒子数,以得到最优的柔顺度值和材料用量,具有重要的指导意义。

关键词:拓扑优化,循环结构,ESO 法,ANSYS















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上海交通大学工程硕士学位论文 ABSTRACT
Optimal Design of Periodic Structures Based on ESO Method

ABSTRACT
Periodic structures are always used in the engineering, because of their
specific shapes, it is difficult to find a optimal method to be used exactly.
Topology optimization is one of the hottest methods in recent years, which
can improve the materials distribution in the conceptual design, evolutionary
structural optimization method(ESO method)is one of the main topology
optimization method, the main research work has been done in the follow
aspect:
The a unified mathematical model has been established through research
and analysis, the ESO method has been introduced at first, including
Optimization Models, Sensitivity number, performance index , Numerical
instability and the related examples. At last taking 2D plane, sandwich
structure and wheel hub for example, it illustrates the application of ESO in
the periodic structures