拓?fù)鋬?yōu)化是一種有效的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新構(gòu)型設(shè)計(jì)方法,旨在最大限度地挖掘材料承載潛力,實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的高性能輕量化設(shè)計(jì);特征設(shè)計(jì)是CAD系統(tǒng)幾何建模的一種基本設(shè)計(jì)方法,也是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與制造集成的基礎(chǔ),然而兩種設(shè)計(jì)方法由于出發(fā)點(diǎn)不同長(zhǎng)期處于割裂狀態(tài)。目前拓?fù)鋬?yōu)化方法在工程應(yīng)用中普遍采用先性能后特征的串行設(shè)計(jì)思路,即結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化以有限元模型和密度法為基礎(chǔ),首先僅考慮力學(xué)性能設(shè)計(jì)指標(biāo)需求,后續(xù)再通過(guò)詳細(xì)的特征添加與修改滿足結(jié)構(gòu)的機(jī)械特征要求。這一過(guò)程不僅設(shè)計(jì)周期長(zhǎng),而且設(shè)計(jì)結(jié)果難以同時(shí)保證滿足力學(xué)性能和機(jī)械特征需求。近年來(lái)越來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)始力求將結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化過(guò)程與特征設(shè)計(jì)密切結(jié)合,本文針對(duì)特征驅(qū)動(dòng)下的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化存在的關(guān)鍵問(wèn)題,包括通用特征建模、特征模型的力學(xué)分析、特征設(shè)計(jì)變量的靈敏度分析、自由設(shè)計(jì)域問(wèn)題及動(dòng)邊界壓力載荷下的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì),開(kāi)展了系統(tǒng)深入的研究。主要研究成果如下:（1）提出了工程特征驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化方法。該方法將工程特征作為結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的基本設(shè)計(jì)元素,并采用隱式水平集函數(shù)對(duì)每個(gè)特征進(jìn)行描述定義。通過(guò)在給定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)對(duì)特征平移、旋轉(zhuǎn)、縮放、變形以及布爾運(yùn)算等基本操作,實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)全局受控式... 

【文章來(lái)源】：西北工業(yè)大學(xué)陜西省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

A380機(jī)翼前緣結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程

即具有一定幾何和拓?fù)涞牧慵⒔M件、部件、子系統(tǒng)、系統(tǒng)等均可稱作特征。例如，圖1-2 所示的飛行器由機(jī)身、機(jī)翼、發(fā)動(dòng)機(jī)、起落架和尾翼等典型的特征系統(tǒng)組成；每個(gè)特征系統(tǒng)又包含各自的部件、組件和零件等工程特征，如機(jī)身是由蒙皮、電子設(shè)備、油箱以及支撐連接結(jié)構(gòu)等構(gòu)成的整體式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)包含彈性支承、渦輪盤(pán)、靜子框架、矢量噴管調(diào)節(jié)片等特征零件，而機(jī)翼以蒙皮、縱肋、長(zhǎng)桁和翼梁等為主要特征。圖 1-2 廣義范疇下的工程特征特征方法的相關(guān)研究主要集中在特征識(shí)別（Feature Recognition, FR）和特征設(shè)計(jì)（Feature-based Design, FBD）兩方面的工作[ 11 ]。特征識(shí)別指的是在基于邊界表示（Boundary Representation, B-Rep）或構(gòu)造實(shí)體幾何（Constructive Solid Geometry, CSG）的幾何模型中識(shí)別和提取形狀特征的過(guò)程。Kyprianou[12]指出特征識(shí)別的主要思想是在給定的特征數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索并比對(duì)出與給定特征相匹配的部分。特征識(shí)別理論與方法的發(fā)展呈現(xiàn)出豐富多彩的局面，Shah 等[13]對(duì)現(xiàn)有主流的特征識(shí)別方法進(jìn)行了綜述，主要包括圖匹配算法[14,15]（Graph MatchingAlgorithm, GMA）、基于線索的方法[16-18]（Hint BasedMethod, HBM）、體積分解與重組方法[19,20]（Volume Decomposition and Re-composition,VDRC）、CSG 樹(shù)識(shí)別法[21]（Recognition from CSG Trees）、混合方法[22]（Hybrid Method）等。此外，20 世紀(jì) 90 年代末開(kāi)始出現(xiàn)了商業(yè)化特征識(shí)別系統(tǒng)，例如霍尼韋爾公司的FBMach、Tecnomatix 平臺(tái)的 PART、CIMPLEX 公司的 Generative NC 等。特征設(shè)計(jì)是以形狀特征為基本設(shè)計(jì)單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程[23,24

構(gòu)件特征尺寸控制、特征布局和結(jié)構(gòu)拓?fù)鋮f(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)以及基于特征的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)。采用傳統(tǒng)拓?fù)鋬?yōu)化方法進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可能得到極細(xì)的構(gòu)件，難以采用鑄造等方法加工制造；進(jìn)行柔性機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)極易出現(xiàn)單點(diǎn)連接的鉸鏈，影響機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性；進(jìn)行熱傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)通常得到具有多級(jí)細(xì)小分支的優(yōu)化結(jié)果。為此，學(xué)者們?cè)趥鹘y(tǒng)“自由式”拓?fù)鋬?yōu)化方法的基礎(chǔ)上引入合理約束，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件特征尺寸的控制。Sigmund[85]和 Poulsen[86]發(fā)現(xiàn)了消除棋盤(pán)格和網(wǎng)格依賴性的靈敏度過(guò)濾技術(shù)和全局/局部梯度約束同時(shí)隱含著結(jié)構(gòu)最小尺寸控制的作用。Guest 等[87,88]采用映射法將節(jié)點(diǎn)密度設(shè)計(jì)變量映射為單元密度以描述結(jié)構(gòu)拓?fù)�，映射半徑成為控制�?gòu)件特征尺寸的標(biāo)準(zhǔn)。王鳳穩(wěn)等[89]采用魯棒優(yōu)化設(shè)計(jì)方法消除了傳統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的柔性機(jī)構(gòu)單點(diǎn)鉸鏈和熱傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)的細(xì)小分支。張維聲等[90]借鑒了圖形圖像處理領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)骨架概念來(lái)定義結(jié)構(gòu)的最大最小尺寸約束，并將其轉(zhuǎn)化為密度變量變化上下限約束。Chen 等[91]和 Luo等[92]在目標(biāo)函數(shù)中引入二次能量泛函，實(shí)現(xiàn)水平集框架下結(jié)構(gòu)和柔性機(jī)構(gòu)的最小特征尺寸控制。郭旭等[93]和 Allaire 等[94]相繼將最大最小尺寸控制、結(jié)構(gòu)距離控制問(wèn)題轉(zhuǎn)化為施加符號(hào)距離函數(shù)約束問(wèn)題。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]基于特征的飛機(jī)長(zhǎng)桁結(jié)構(gòu)件快速建模技術(shù)研究[D]. 劉洋.南京航空航天大學(xué) 2015



本文編號(hào)：2952929