本文主要研究内容
作者刘畅（2019）在《新颖结构与结构化材料优化设计的理论与方法研究》一文中研究指出：具有周期/准周期单胞分布特性的点阵/多孔结构具有轻质量、高强度、大比刚度等力学特性,并往往具备特异的光学、热学、声学特性,在超轻质材料、声学/光学非互易传输装置,声学/光学隐身罩,声/热/光能量收集设备等新兴应用领域具有广泛的应用前景。目前学界统称这些具有微观结构并具有某种或某几种超常性质的材料/结构为超材料/结构。对于超材料/结构中的材料分布,工程应用中普遍还是采用经验式的设计,设计流程长且没有理论指导,因此有必要研究更先进的超材料/结构设计方法。此外,近年来随着增材制造等新兴制造技术的飞速发展,对于具有复杂几何细节结构的制造能力大大增强,使得上述超材料/结构的实际生产制造成为可能,同时也提出了新的制造约束。而增材制造相对昂贵的材料费用以及业界日益苛刻的轻量化需求,使得考虑可制造性的点阵/多孔结构优化设计成为目前的研究热点。为了最大程度的利用给定材料并满足制造性约束,对于结构不同部位,需给出具有真实尺寸的不同形式的微结构设计,这与传统的基于严格尺度分离假设及全局周期性假设的渐进均匀化方法相矛盾。新型制造技术的发展带来了新型的多尺度结构,为了满足新型结构/材料的设计需求,必须发展新的设计方法。因此,本文分别针对基于声学超材料的新型特异功能声学结构/装置和考虑可制造性需求的新型结构拓扑优化算法展开研究。具体研究内容如下:1.提出了一种具有非互易传输特性的新颖声波/弹性波传输装置理论模型。通过分析以往声学二级管模型的优缺点,凝练出了实现声学非互易传输的必要条件。从理论上证明了弱非线性声子晶体幅值依赖的带隙特性,进一步提出了基于弱非线性声子晶体和不对称线性结构的新型声学二极管模型。通过数值算例验证了模型的有效性,证明了新型声学二极管具有严格非互易,高正向能量通过率,不改变入射波频率等优点。2.发展了一种基于渐进均匀化理论的可打印微结构高效分区设计方法。通过引入分区策略,将设计区域划分为若干含周期微结构的子区域及子区域间的过渡区域。在各子区域内利用渐进均匀化技术得到近似等效材料属性,进而划分有限单元并通过四叉树技术与过渡区域单元连接。以各子区域内微观单胞材料分布及过渡区域内单元密度为设计变量,在各向同性实体材料罚函数法(SIMP)拓扑优化框架下给出了优化列式并严格推导了灵敏度。通过数值算例验证了本方法的有效性和准确性,相对传统严格尺度分离的均匀化方法,此方法可得到具有真实尺寸并可光滑连接的微观结构,相对基于变量连接的全结构整体求解算法,本方法具有较高的效率。3.构造了一种基于显式拓扑优化方法的空间渐变点阵填充结构优化设计方法。提出了一种空间渐变结构的解析构造方法。基于可移动变形组件/孔洞(MMC/MMV)显式结构拓扑优化框架与空间坐标摄动技术,仅仅引入几个参数,即可实现空间周期结构向空间渐变结构的转变。给出了显式拓扑优化框架下空间渐变填充结构的优化列式和灵敏度。数值算例表明,只需很少设计变量,本方法即可得到空间上连续变化的具有优异力学性能的填充结构。4.提出了一种基于高效显式拓扑优化算法的宏/介观一体化渐变点阵填充结构设计方法。首次将可移动变形组件法(MMC)与可移动变形孔洞法(MMV)结合起来,利用可移动变形孔洞参数化描述增材制造中宏观的蒙皮结构,利用可变形组件结合前期提出的空间坐标摄动技术参数化描述增材制造中介观的填充结构。在统一的显式框架下同时实现宏观蒙皮结构和介观填充结构的优化设计,给出了统一的优化列式和灵敏度分析结果。针对增材制造中具有精细几何细节的蒙皮多孔填充结构,进一步引入多分辨率方法与拓扑描述函数及灵敏度局域化生成技术,以减少优化过程中的计算量。5.建立了一种基于多分辨率技术的高效率显式拓扑优化方法。利用可移动变形组件法(MMC)中分析模型与优化模型完全解耦的优势,发展了一种可用于高分辨率大规模拓扑优化问题求解的高效算法,以适应面向增材制造结构优化设计中庞大的计算量。相对传统算法,本方法分析自由度和设计变量数目同时得到了呈数量级的减少,计算效率得到大幅提升。发展了一套有效的局域化稀疏存储技术,实现了组件拓扑描述函数和结构灵敏度信息的局域化求解和稀疏化存储,大幅降低了离散化拓扑描述函数的计算时间。提出了一种基于MMC方法的设计域分区技术,可灵活调控优化结构的拓扑复杂度,并论证了特殊情况下SIMP方法与本文所提MMC方法的一致性。
Abstract
ju you zhou ji /zhun zhou ji chan bao fen bu te xing de dian zhen /duo kong jie gou ju you qing zhi liang 、gao jiang du 、da bi gang du deng li xue te xing ,bing wang wang ju bei te yi de guang xue 、re xue 、sheng xue te xing ,zai chao qing zhi cai liao 、sheng xue /guang xue fei hu yi chuan shu zhuang zhi ,sheng xue /guang xue yin shen zhao ,sheng /re /guang neng liang shou ji she bei deng xin xing ying yong ling yu ju you an fan de ying yong qian jing 。mu qian xue jie tong chen zhe xie ju you wei guan jie gou bing ju you mou chong huo mou ji chong chao chang xing zhi de cai liao /jie gou wei chao cai liao /jie gou 。dui yu chao cai liao /jie gou zhong de cai liao fen bu ,gong cheng ying yong zhong pu bian hai shi cai yong jing yan shi de she ji ,she ji liu cheng chang ju mei you li lun zhi dao ,yin ci you bi yao yan jiu geng xian jin de chao cai liao /jie gou she ji fang fa 。ci wai ,jin nian lai sui zhao zeng cai zhi zao deng xin xing zhi zao ji shu de fei su fa zhan ,dui yu ju you fu za ji he xi jie jie gou de zhi zao neng li da da zeng jiang ,shi de shang shu chao cai liao /jie gou de shi ji sheng chan zhi zao cheng wei ke neng ,tong shi ye di chu le xin de zhi zao yao shu 。er zeng cai zhi zao xiang dui ang gui de cai liao fei yong yi ji ye jie ri yi ke ke de qing liang hua xu qiu ,shi de kao lv ke zhi zao xing de dian zhen /duo kong jie gou you hua she ji cheng wei mu qian de yan jiu re dian 。wei le zui da cheng du de li yong gei ding cai liao bing man zu zhi zao xing yao shu ,dui yu jie gou bu tong bu wei ,xu gei chu ju you zhen shi che cun de bu tong xing shi de wei jie gou she ji ,zhe yu chuan tong de ji yu yan ge che du fen li jia she ji quan ju zhou ji xing jia she de jian jin jun yun hua fang fa xiang mao dun 。xin xing zhi zao ji shu de fa zhan dai lai le xin xing de duo che du jie gou ,wei le man zu xin xing jie gou /cai liao de she ji xu qiu ,bi xu fa zhan xin de she ji fang fa 。yin ci ,ben wen fen bie zhen dui ji yu sheng xue chao cai liao de xin xing te yi gong neng sheng xue jie gou /zhuang zhi he kao lv ke zhi zao xing xu qiu de xin xing jie gou ta pu you hua suan fa zhan kai yan jiu 。ju ti yan jiu nei rong ru xia :1.di chu le yi chong ju you fei hu yi chuan shu te xing de xin ying sheng bo /dan xing bo chuan shu zhuang zhi li lun mo xing 。tong guo fen xi yi wang sheng xue er ji guan mo xing de you que dian ,ning lian chu le shi xian sheng xue fei hu yi chuan shu de bi yao tiao jian 。cong li lun shang zheng ming le ruo fei xian xing sheng zi jing ti fu zhi yi lai de dai xi te xing ,jin yi bu di chu le ji yu ruo fei xian xing sheng zi jing ti he bu dui chen xian xing jie gou de xin xing sheng xue er ji guan mo xing 。tong guo shu zhi suan li yan zheng le mo xing de you xiao xing ,zheng ming le xin xing sheng xue er ji guan ju you yan ge fei hu yi ,gao zheng xiang neng liang tong guo lv ,bu gai bian ru she bo pin lv deng you dian 。2.fa zhan le yi chong ji yu jian jin jun yun hua li lun de ke da yin wei jie gou gao xiao fen ou she ji fang 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xian shi ta pu you hua fang fa de kong jian jian bian dian zhen tian chong jie gou you hua she ji fang fa 。di chu le yi chong kong jian jian bian jie gou de jie xi gou zao fang fa 。ji yu ke yi dong bian xing zu jian /kong dong (MMC/MMV)xian shi jie gou ta pu you hua kuang jia yu kong jian zuo biao she dong ji shu ,jin jin yin ru ji ge can shu ,ji ke shi xian kong jian zhou ji jie gou xiang kong jian jian bian jie gou de zhuai bian 。gei chu le xian shi ta pu you hua kuang jia xia kong jian jian bian tian chong jie gou de you hua lie shi he ling min du 。shu zhi suan li biao ming ,zhi xu hen shao she ji bian liang ,ben fang fa ji ke de dao kong jian shang lian xu bian hua de ju you you yi li xue xing neng de tian chong jie gou 。4.di chu le yi chong ji yu gao xiao xian shi ta pu you hua suan fa de hong /jie guan yi ti hua jian bian dian zhen tian chong jie gou she ji fang fa 。shou ci jiang ke yi dong bian xing zu jian fa (MMC)yu ke yi dong bian xing kong dong fa (MMV)jie ge qi lai ,li yong 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论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自大连理工大学的刘畅，发表于刊物大连理工大学2019-07-19论文，是一篇关于结构优化论文,显式拓扑优化方法论文,多尺度结构优化论文,增材制造论文,超材料设计论文,大连理工大学2019-07-19论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自大连理工大学2019-07-19论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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