固体力学学报
固體力學學報
고체역학학보
ACTA MECHANICA SOLIDA SINICA
2011年
2期
119-132
,共14页
多目标优化%多孔陶瓷%几何多尺度%夹层结构%热结构
多目標優化%多孔陶瓷%幾何多呎度%夾層結構%熱結構
다목표우화%다공도자%궤하다척도%협층결구%열결구
论文采用拓扑优化技术针对由具有均一微结构的多孔陶瓷材料构成的结构,从结构和材料两个方面进行优化设计,在轻量化的同时使得结构具有较高的刚度和特定区域较小的热变形.以机械载荷下的结构柔顺性和热载荷下结构特定区域的热变形为目标,以宏观密度和微观密度为两类独立的设计变量,对两个目标进行归一化处理,建立多目标优化模型.采用体积守恒的Heaviside密度过滤函数获得清晰的最优拓扑构型.在微观层次上采用SIMP惩罚策略,在宏观层次上采用带惩罚的多孔各向异性材料法(PAMP),借助均匀化方法建立两个尺度间的联系.以机械载荷与热载荷作用下的夹层结构为例,给出了不同体积份数下的最优夹层结构及构成此夹层结构的多孔陶瓷微结构的最优构型.数值算例表明,给定材料用量较少时,多孔材料的使用可以使结构特定区域的热变形显著减小,同时保证结构具有一定的刚度.同时算例发现对此双目标优化问题存在一个"最优材料用量".最后讨论了夹层结构上下面板的不同壁厚对优化结果的影响.
論文採用拓撲優化技術針對由具有均一微結構的多孔陶瓷材料構成的結構,從結構和材料兩箇方麵進行優化設計,在輕量化的同時使得結構具有較高的剛度和特定區域較小的熱變形.以機械載荷下的結構柔順性和熱載荷下結構特定區域的熱變形為目標,以宏觀密度和微觀密度為兩類獨立的設計變量,對兩箇目標進行歸一化處理,建立多目標優化模型.採用體積守恆的Heaviside密度過濾函數穫得清晰的最優拓撲構型.在微觀層次上採用SIMP懲罰策略,在宏觀層次上採用帶懲罰的多孔各嚮異性材料法(PAMP),藉助均勻化方法建立兩箇呎度間的聯繫.以機械載荷與熱載荷作用下的夾層結構為例,給齣瞭不同體積份數下的最優夾層結構及構成此夾層結構的多孔陶瓷微結構的最優構型.數值算例錶明,給定材料用量較少時,多孔材料的使用可以使結構特定區域的熱變形顯著減小,同時保證結構具有一定的剛度.同時算例髮現對此雙目標優化問題存在一箇"最優材料用量".最後討論瞭夾層結構上下麵闆的不同壁厚對優化結果的影響.
논문채용탁복우화기술침대유구유균일미결구적다공도자재료구성적결구,종결구화재료량개방면진행우화설계,재경양화적동시사득결구구유교고적강도화특정구역교소적열변형.이궤계재하하적결구유순성화열재하하결구특정구역적열변형위목표,이굉관밀도화미관밀도위량류독립적설계변량,대량개목표진행귀일화처리,건립다목표우화모형.채용체적수항적Heaviside밀도과려함수획득청석적최우탁복구형.재미관층차상채용SIMP징벌책략,재굉관층차상채용대징벌적다공각향이성재료법(PAMP),차조균균화방법건립량개척도간적련계.이궤계재하여열재하작용하적협층결구위례,급출료불동체적빈수하적최우협층결구급구성차협층결구적다공도자미결구적최우구형.수치산례표명,급정재료용량교소시,다공재료적사용가이사결구특정구역적열변형현저감소,동시보증결구구유일정적강도.동시산례발현대차쌍목표우화문제존재일개"최우재료용량".최후토론료협층결구상하면판적불동벽후대우화결과적영향.
