【摘 要】
:
中空结构广泛存在于自然界和工业领域中,不仅具有高的刚度-质量比等优异的力学性能,还具有良好的工艺性能,容易满足制造工艺对结构尺寸均匀的要求。然而,目前尚缺乏有效的方法来设计中空结构。当前拓扑优化作为一种可以设计高性能结构的方法,获得的优化结果通常都是实心结构,难以直接转化为中空结构。同时考虑到中空结构容易发生大变形,那么开展几何非线性结构的中空拓扑优化设计的研究工作具有重要意义。因此,本文具体研究
论文部分内容阅读
中空结构广泛存在于自然界和工业领域中,不仅具有高的刚度-质量比等优异的力学性能,还具有良好的工艺性能,容易满足制造工艺对结构尺寸均匀的要求。然而,目前尚缺乏有效的方法来设计中空结构。当前拓扑优化作为一种可以设计高性能结构的方法,获得的优化结果通常都是实心结构,难以直接转化为中空结构。同时考虑到中空结构容易发生大变形,那么开展几何非线性结构的中空拓扑优化设计的研究工作具有重要意义。因此,本文具体研究工作为:第2章将二维实心可移动变形杆件拓展到三维杆件,提出了一种三维实心结构的显式拓扑优化方法。通过将三维实心可移动变形杆件投影到固定的离散网格单元上,构造并改进相应的距离函数,之后通过关于距离函数的光滑Heaviside近似函数表达单元密度函数。建立了在小变形线弹性假设下的实心拓扑优化模型,也计算了灵敏度。提供了优化方法的程序代码,以便后续拓展。对比了两种距离函数对优化过程计算效率的影响,通过经典悬臂梁验证该方法的有效性。第3章提出了在小变形线弹性假设下的中空结构拓扑优化方法。基于三维实心可移动变形杆件的显式几何描述,通过两个实心杆件的布尔相减操作获得三维中空可移动变形杆件,从而建立关于中空杆件的单元密度函数。随后在小变形线弹性假设下,建立了结构目标柔度最小、体积约束的中空拓扑优化模型。该模型既能保留经典变密度拓扑优化法易于计算灵敏度的优点,也能通过控制结构的几何尺寸而直接获得具有中空特征的拓扑优化结果。第4章提出了几何非线性中空结构的拓扑优化方法。在大变形假设下,采用前面建立的单元密度函数,推导三维几何非线性有限元分析。建立了几何非线性结构的拓扑优化模型,并用伴随变量法计算灵敏度。通过算例验证可知,几何非线性优化结果的形状会明显区别于线性优化结果,能抵抗更大变形。此外,针对承受较大的弯曲或扭转力的结构,其优化后的中空断面呈现出有利于抵抗变形的形状。第5章提出了几何非线性中空结构的多尺度并发拓扑优化方法。将三维中空杆件投影到具有晶格结构的宏观单元上,从而构建宏观单元密度函数。随后采用三维实心杆件建立微观单元密度的方式,改进能量均匀化方法确定相应晶格结构,并将其纳入三维几何非线性有限元分析中。建立考虑宏观中空结构、微观晶格结构的并发几何非线性拓扑优化模型。此外,数值算例验证了改进的能量均匀化方法可以有效地用于晶格结构的显式设计,并证实所提出该方法能有效获得多尺度的中空结构。最后,提炼了本文的创新点,并做出了展望。
其他文献
铜作为一种重要的工程材料,由于其具有较高的电导率、热传导率、良好的机械加工性,广泛用于制造管道、换热器、阀门、螺旋桨等结构件。众所周知,金属与水的接触会引起腐蚀反应。因此,通过减少水与铜表面的接触面积,可以显著提高铜的耐蚀性。本论文采用了氧化和电化学沉积方法在铜基体构建仿生超疏水和超滑表面,采用扫描电子显微镜、三维视频显微镜、荧光显微镜、X-射线衍射技术、X-射线光电子能谱、扫描开尔文探针和电化学
在企业内部审计实践中,经常存在“重视检查、忽视整改”“履查履犯”等问题,极大降低了企业内部审计工作质效。如何提升审计整改质量,把审计工作做好,是制约审计工作质量提升的瓶颈。本文重点探析企业内部审计的整改现状和存在的主要问题,并结合实际情况提出提升审计整改成效的路径。
第一部分转移性结直肠癌姑息性手术的生存获益分析及预后预测模型的构建目的:探讨转移性结直肠癌患者行姑息性手术切除原发肿瘤病灶的生存获益,并构建姑息性手术组与非手术组的预后预测模型。方法:回顾性分析美国国立癌症研究所“监测、流行病学和结果”(Surveillance,Epidemiology and End Results,SEER)数据库2010-2015年诊断为转移性结直肠癌患者的临床数据。通过倾
随着经济社会的发展,安全生产的重要性越来越突出。根据长期的研究,不安全行为是导致安全事故发生的重要原因。研究不安全行为的影响因素,提出有效的控制对策,控制企业的风险,降低事故的发生,成为当今安全管理的重点和难点。我国大力发展油气资源勘探与开采工作,以满足日益增长的油气资源需要。但地震勘探作业环境复杂,一旦发生事故,容易造成重大的人员伤亡和财产损失。虽然近几年对于该领域的事故研究开始广泛,但是尚未形
目的 采用单细胞RNA测序及网络药理学方法探讨逍遥散治疗三阴性乳腺癌(TNBC)的潜在分子机制。方法 收集GEO数据库中TNBC及正常乳腺组织相关的单细胞RNA测序数据,利用R语言软件中的Seurat3.0程序包对其进行主成分分析(PCA)及tSNE聚类分析,并收集各亚群细胞的差异表达基因。通过中药系统药理学数据库及分析平台(TCMSP)检索逍遥散活性成分,获取逍遥散活性成分作用靶点与TNBC v
目前城市发展日益加速,城区电网规模也越来越大。以青岛市为例,青岛市域具有小电流接地系统的变电站142座,青岛公司已完成全部市域变电站母线电容电流实测,部分变电站存在电容电流超标现象,一旦配网发生单相接地故障极易造成的电缆火灾、大面积停电及重大人身触电事件的问题。因此接地线路运行一到两小时已经不适用于当今社会的发展,所以当小电流接地系统发生单相接地故障时,应快速进行选线切除故障,否则发生电流电弧引燃
为了探讨低温胁迫对青大1号紫花苜蓿幼苗生理特性的影响,将其幼苗置于0℃,分别低温胁迫6、12、24、48、72 h,以25℃为对照,通过测定低温胁迫下紫花苜蓿叶片生长及生理指标确定其抗寒生理特性。结果表明:相较于对照组,随着低温时间的延长,丙二醛含量呈先升高后降低直至平稳的趋势;随着低温时间延长,叶片中脯氨酸含量逐渐积累,在低温胁迫6 h处理下叶片脯氨酸含量最低,为0.019 1μg/g, 24
无线携能通信(Simultaneously Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)是一种具有广阔应用前景的绿色通信技术,能够从环境射频信号中收集能量,并利用收集到的能量传输信息,具有灵活性高,组网便捷,绿色可持续的优势。SWIPT接收机的资源分配策略是决定SWIPT网络性能优劣的关键所在,现有SWIPT接收机资源分配策略只考虑实现当前时刻内网络
电偶腐蚀是海洋结构工程中的常见的腐蚀行为之一,由于异种金属间的腐蚀电位差,电偶腐蚀体系中的阳极往往会产生较为严重的腐蚀行为。然而目前在船用低合金钢和不锈钢多种金属电偶腐蚀体系的认识尚不充分,使得不锈钢在实际工程应用中存在腐蚀破坏风险。探究不锈钢和船体钢在不同电偶腐蚀体系中的腐蚀行为和规律,对工程应用和防护手段的选择有极为积极的作用。本文采用全浸腐蚀实验和电化学实验对不锈钢的自腐蚀行为进行了评价,同
图像描述是一项计算机对给定图像自动生成相关文字描述的技术。不同于一般的图像识别模型,图像描述不但包括对物体、人物、场景的识别,也涉及对于文本理解和生成,是多模态领域一个极富挑战性和应用前景的领域。图像描述首先要解决多模态信息的融合问题,因为图像描述的文本和图像的融合质量直接决定了描述的生成质量。为了让图像描述根据生成句子的状态对图像施加不同的“关注度”,注意力机制被应用到了图像描述领域。然而,目前