项目名称: 基于桁架-机构映射的多体系统拓扑优化方法

项目编号: No.11472172

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 王皓

作者单位: 上海交通大学

项目金额: 75万元

中文摘要: 多体系统的优化设计是多体动力学研究的重要组成部分之一,相对于系统的尺寸变量,系统拓扑对性能具有更大的影响。现有优化方法可以实现多体系统中几何与物理参数的优化,但不能完成体-铰连接结构的拓扑优化,拓扑设计过程仍然依靠经验,缺乏通过自动寻优实现拓扑设计的方法。 针对机械系统拓扑设计自动化的需求和多体系统优化研究的发展现状,项目拟建立一套多体系统拓扑优化的理论方法。核心思路是采用对偶图建立桁架结构与多体系统的力学等效映射模型,将多体系统拓扑优化转化为桁架结构优化问题来求解,根据多体驱动构件运动与桁架支撑点约束力的对偶关系,由基结构优化结果转化得到多体系统拓扑方案。实现以承载、刚度、固有频率、运动轨迹精度为设计目标的多体系统拓扑和参数优化设计。 通过项目研究,使多体系统优化研究的水平由参数优化提升到拓扑优化,将机械系统拓扑设计方法由经验推理发展到自动寻优,推动多体系统动力学的学科发展。

中文关键词: 多体系统;动力学;优化;拓扑

英文摘要: Optimum design of multibody system is a key member in the multibody dynamics research. Different from the shape and dimensional variables, the topology has much more influence on the performance of the multibody system. The existing optimization algorithms is capable of realization of the optimization for the geometry and physical parameters in the multibody system, but the topology optimization for the body-joint structure is still an unsolved problem. For changes in topology can not be described by the dimentional variables, and also there is no such automatic search algorithm in the topology structure optimization, so optimum design of multibody system, unlike the structure mechanics, is still unable to realize the essential leap from dimentional and shape optimization to the topology optimization.The main idea of this project is to construct the kinematics and dynamics mapping from truss-like structures to the joint-linked mechanisms, which transforms the topology optimization problem in the multibody system into the truss-like structure optimization problem. First, the optimization in the multibody system can be equivalently treated as an instantaneous structure optimization; Based on this, statically determinated chain structure optimization algorithm can be used to search for the best truss-like structure; Then, this structure can be mapped into a joint-linked mechanism by the truss-mechanism duality theory; At last, the geometry and physical parameters of this selected mechanism can also be optimized by relatively traditional way. After all of the these, a systematic topology optimization method can be developed for the multibody system, and also the corresponding software can be developed too, which is able to realize the topology and dimensional optimization for the multibody system.

英文关键词: Multibody System;Dynamics;Optimization;Topology

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