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基于SKO的电除尘器板壳加强筋结构优化研究

作　者: 王雷
导　师: 黄宏成; 贠向荣
学　校: 上海交通大学
专　业: 机械工程
关键词: 结构拓扑优化 SKO方法 板壳结构 有限单元法 ANSYS
分类号: X701.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 34次
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内容摘要


结构拓扑优化设计方法是近年来结构优化设计研究领域中的前沿课题和热点问题，也是结构优化设计中的重点和难点。与尺寸优化和形状优化相比，结构拓扑优化需要确定的参数更多，取得的经济效益更大，对工程设计人员更具吸引力。随着结构拓扑优化理论的进一步发展和完善，其应用于工程实践的条件也日趋成熟。例如应用于离散结构拓扑优化的基结构法，应用于连续体结构拓扑优化的均匀化方法、变厚度法、变密度法等都得到了长足的进展。本文深入研究了一种国内外研究较少的结构拓扑优化方法—SKO（Soft KillOption）方法，并运用APDL语言实现了以ANSYS为平台的基于SKO理论的结构拓扑优化设计方法。SKO方法是基于自然界的生物生长的自适应成长机理，即在承载大的区域增加材料，在承载小的区域减小材料。在结构设计中则要求结构内部满足常应力公理或满应力准则。本论文首先研究SKO方法中弹性模量与应力的关系式，这是SKO方法中的关键问题，并分析ANSYS软件平台下连续体的SKO优化方法的软件实现方法；然后以板壳结构加强筋为研究对象，建立板壳结构加强筋分布仿生设计方法的数学模型，分析其仿生设计方法，用该方法研究板壳结构的基结构的构建、加强筋的偏置、截面类型的设计和加强筋截面尺寸优化，之后按照ANSYS二次开发技术对板壳结构加强筋分布仿生设计方法进行软件实现。最后利用所提出的方法对大型电除尘器的出口烟箱进行了拓扑优化设计。结果表明，利用本文提出的方法，可对机械工程中的板壳结构进行快速的拓扑优化设计，得到近似的优化模型。与传统的经验式的结构设计相比，本文提出的设计方法不仅能快速得到近似的优化模型，而且还大大缩短了设计周期，提高了设计效率。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-16
  1.1 引言  8-9
  1.2 结构优化理论及数学模型  9-12
  1.3 结构优化设计的发展状况  12-15
  1.4 主要研究内容与章节安排  15-16
第二章 SKO结构优化仿生设计原理与方法  16-29
  2.1 SKO原理和方法  16-21
    2.1.1 SKO的仿生原理  16-18
    2.1.2 SKO的仿生设计方法  18-21
  2.2 SKO 方法的迭代过程控制  21-22
    2.2.1 性能指标控制  21
    2.2.2 体积控制  21-22
    2.2.3 应变能控制  22
  2.3 SKO方法的软件实现  22-28
    2.3.1 有限元法的基本原理  23-24
    2.3.2 ANSYS软件主要功能  24-25
    2.3.3 ANSYS的二次开发  25
    2.3.4 软件实现方法  25-28
  2.4 本章小结  28-29
第三章 基于SKO的板壳结构加强筋仿生优化技术研究  29-52
  3.1 板壳结构加强筋分布仿生设计方法的数学模型  29-30
  3.2 板壳结构加强筋分布仿生设计方法  30-35
    3.2.1 设计流程  30-32
    3.2.2 预布置加强筋  32-33
    3.2.3 成长与退化  33-35
  3.3 板壳结构的基结构的构建  35-39
    3.3.1 ANSYS软件中主要的板壳单元和梁单元简介  35-37
    3.3.2 加强筋截面方向的确定  37
    3.3.3 基结构的构建流程  37-38
    3.3.4 加强筋的布置方案  38-39
  3.4 加强筋的偏置和截面类型  39-44
    3.4.1 加强筋的偏置  39-41
    3.4.2 加强筋的截面类型  41-44
  3.5 基于刚度约束的加强筋截面尺寸优化  44-46
  3.6 板壳结构加强筋分布仿生设计方法的软件实现  46-51
  3.7 本章小结  51-52
第四章 电除尘器板壳结构加强筋分布仿生设计  52-64
  4.1 电除尘器简述  52-56
    4.1.1 电除尘器用途  52
    4.1.2 除尘原理  52-53
    4.1.3 电除尘器的结构  53-55
    4.1.4 拓扑优化的必要性  55-56
  4.2 出口烟箱的结构  56
  4.3 出口烟箱的有限元分析  56-59
  4.4 出口烟箱的拓扑优化  59-63
    4.4.1 设计问题  59
    4.4.2 设计过程  59-60
    4.4.3 设计结果  60
    4.4.4 性能指标  60-63
    4.4.5 性能比较  63
  4.5 本章小结  63-64
第五章 结论及展望  64-67
  5.1 结论  64
  5.2 问题及讨论  64-65
  5.3 总结与展望  65-67
参考文献  67-70
致谢  70-71
攻读硕士学位期间发表的论文  71-73

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 一般性问题 > 废气的处理与利用 > 消烟除尘
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