《机械装备结构设计》_第8章 机械装备结构优化设计方法.pptxVIP

1.结构优化设计的基本概念最优设计寻求优化设计数学模型的最优解。

1.结构优化设计的基本概念-设计变量-约束条件-目标函数优化设计的三要素结构优化设计的数学模型设计变量目标函数约束条件优化设计是在满足约束条件的n维实向量空间中的所有设计点X中，寻找使目标函数极小化的设计点。

1.结构优化设计的基本概念设计变量优化过程中需要选定或有待确定的变量，这些变量必须与结构的性能密切相关，且必须线性独立。设计变量的层次尺寸优化形状优化布局与拓扑优化

1.结构优化设计的基本概念设计变量的类型材料性能设计变量，如弹性模量E、泊松比?；构件尺寸设计变量，如杆件的横截面积A、壳的厚度t；结构形状设计变量，如结构的构型控制节点位置；结构拓扑设计变量，如材料的密度等。设计空间所有设计标量定义的实空间Rn（n是设计变量的个数）。设计空间中的每个点（矢径）对应一个设计方案。二维设计空间三维设计空间

1.结构优化设计的基本概念目标函数评价设计方案优劣的标准（设计指标），它是设计变量的函数。目标函数随设计问题的不同而不同在航空航天工业中的飞行器设计、汽车零部件设计中，经常以结构重量为目标函数，因为设计超重，不仅燃料消耗大，运行费用高，而且会使产品达不到要求的速度、里程及高度，直接影响产品的使用性能；在机械工业中，结构的变形、应力或动力学性能经常作为目标函数；大量的实际问题，需要实现多个设计目标优化，如汽车设计不仅要求成本和能耗低，还要保证良好的耐撞性，这就是多目标优化问题。目标函数越多，设计评价越周全，综合效果越好，但求解越复杂困难。

1.结构优化设计的基本概念约束条件反映在优化设计过程中应该满足的设计准则，设计应该符合设计规范及要求。约束条件形式常量约束：设计变量允许的取值范围，一般是设计规范的要求。约束方程：根据结构强度、刚度、稳定性要求所建立起来的方程式，一般以设计变量为自变量。约束条件分类几何约束：对结构的几何尺寸加以限制；应力约束：结构的强度不能超出允许的应力范围；稳定性约束：应力须在一定的临界应力的范围内；刚度约束：变形不能超过一定的规定值；频率约束：为了避免产生共振而必须对结构的自振频率施加的约束。

1.结构优化设计的基本概念机械装备结构优化设计的层次

2.结构拓扑优化设计通过改变结构设计领域的材料分布的手段，如在不承载或承载较小区域上进行开孔、减小结构尺寸（减少材料），而在承载较大的区域增加加强筋、增大结构局部尺寸（增加材料），使结构设计领域拓扑形态最优。设计自由度大，减重效果最好。研究得最不充分，是目前结构设计领域的研究热点。结构拓扑优化设计（TopologyOptimization)概念设计阶段

2.结构拓扑优化设计设计案例1某型滚筒洗衣机的皮带轮优化设计

2.结构拓扑优化设计设计案例2某型客车车身的优化设计Altair-Bus

结构设计基于拓扑优化CAD模型整体需求（载荷及设计空间条件下）ParametricShapeVectors有限元单元模型设计空间及载荷尺寸及形状优化Altair拓扑优化最终设计

3.结构形状优化设计结构的形状优化设计（ShapeOptimization）在结构类型、材料、布局已定的条件下，对结构几何形状进行优化。目前研究得不多、理论和方法还在探索阶段。基本设计阶段

4.结构尺寸优化设计结构的尺寸优化设计（SizeOptimization）在结构类型、材料、布局、几何形状已定条件下，求结构的最优尺寸。目前研究得最多，理论和方法趋于成熟。详细设计阶段