板壳结构的拓扑优化和结构效率评估

admin · 发表于 2023-10-5 15:14:01

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随着航空发动机技术的发展和进步，新的结构设计方法与评估准则已经成为了两个重要研究课题。结构效率评估准则是一种有效的定量分析结构系统收益的方法，可以比较航空发动机设计过程中，新结构设计对性能提升的贡献。拓扑优化设计能为设计者提供一些超出传统经验的既安全又经济的新型结构形式，具有较大的现实意义和理论价值。在高推重比航空发动机结构设计中，为减轻重量，大量采用板壳结构，因此，本文以板壳结构为对象，进行以减重、强度优化、变形控制为设计目标的拓扑结构优化设计。本文利用渐进结构优化法并结合结构效率评估准则，提出了一种新的结构动力学设计方法并开发了基于ANSYS平台的优化程序。其中单目标、多约束优化模型的建立，融入了重量、应力、位移以及频率等动力学设计参数，在该拓扑优化模型的指导下，考虑到工程需求和优化算法的限制，新型结构动力学设计方法借鉴了传统的结构设计模式，采用流程化设计形式，在设计过程中间加入人工修改、校核阶段，从而将优化理论和根据工程经验进行的人工干预有机的结合起来。优化程序是在ANSYS 10.0平台上利用APDL和MATLAB编写优化算法开发完成的，其中有限元分析、灵敏度计算和单元操作三大功能模块嵌套在循环体中完成优化迭代，同时通过数据传递模块进行数据传递。在对典型结构优化算例验证中，计算结果表明，所开发的优化程序有较好的开放性和可靠度。

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