项目名称: 弹塑性连续体结构拓扑和抗疲劳优化设计技术研究

项目编号: No.10872036

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2009

项目学科: 轻工业、手工业

项目作者: 荣见华

作者单位: 长沙理工大学

项目金额: 39万元

中文摘要: 本课题研究了含应力和低周安全疲劳寿命等多约束的弹塑性连续体结构拓扑优化问题。首先, 建立了一种基于设计空间调整的结构拓扑优化算法,该方法能获得较好0-1分布特征的优化拓扑, 能较好地处理多载荷和多约束的结构拓扑优化问题;研究了大量单元应力约束的等效聚集化方法和基于应力灵敏度的结构拓扑优化模型化技术; 探索了基于应力灵敏度的弹性连续体结构拓扑优化的有效求解方法,解决了应力约束的连续体结构拓扑优化所涉及的应力奇异和应力集中等问题, 开发了其数值计算技术。建立了低周疲劳寿命计算模型和弹塑性连续体结构拓扑和抗疲劳优化设计模型。然后, 将灵敏度的伴随方程求解方法与相关的塑性流和材料应变硬化/软化规则以及Newton-Raphson增量方法相结合, 发展了弹塑性连续体结构特性参数和疲劳寿命及其灵敏度的分析方法。最后, 研究了有效的优化策略和高效算法, 综合解决了涉及安全疲劳寿命的弹塑性连续体结构拓扑优化设计问题, 并给出了结构拓扑优化实现算法、自动化流程和大量仿真算例及完成了结构件创新性设计、制作与实验验证。提出的方法具有重要的理论和工程应用价值。本课题发表论文20篇, 三大检索收录15篇。

中文关键词: 结构拓扑优化;弹塑性结构;疲劳寿命;应力约束;灵敏度分析

英文摘要: The elastoplastic continuum structural topology optimization problem with stress, low-cycle fatigue life and etc. constraints have been solved in this project.?Firstly, a new structural topological optimization method based on design space adjustments was developed,and it can solve structural topological optimization problems with mutiple load cases and mutiple constraints and obtains the optimal topology with good 0-1 distributions. A condensation method for a lot of stress constraints and structural topological optimization modeling technique based on stress sensitivities were developed. An efficient structural topological optimization method with stress constraint was proposed, and it can overcome stress singularity,stress concentration and etc problems in the continuum topological optimization with stress constraints,and its numerical technique was developed. A computaion model for low-cycle fatigue life and a topology and anti-fatigue optimization design model of elastoplastic continuum structures?were built. Then,the adjoint equation solving method,and the plastic flow rule and the hardening law / the softening law being incorporated into the Newton-Raphson incremental method,analysis approaches for structural characteristic parameters,fatigue life and their sensitivities were developed. Finally, an efficient optimization strategy and algorithm were proposed to solve the topology optimization problem of elastoplastic continuum structures?with the fatigue life constraints. And structural optimization algorithm were developed and implemented,and a lot of simulation designs and numerical experiment certifications of typical and complex structures were completed. Some structural component creative designs,manufactures and their experiment certifications were completed.The proposed methods are of important theorical and engineering application value. Tatal 20 papers have been published in journals and proceedings of scientific conferences at home and abroad. 15 papers of these papers have been indexed by international EI and 5 papers of these papers have been indexed by SCI.

英文关键词: Structural topology optimization;Elastoplastic structure;Fatigue life;Stress constraint;Sensitivity analysis

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