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微加速度计结构多目标拓扑优化设计研究

作　者: 曾昭贤
导　师: 左孔天
学　校:
专　业: 机械设计及理论
关键词: 拓扑优化并行多目标微加速度计
分类号: TH824.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

改变微加速度计的基本结构，能够设计出满足不同性能要求的微加速度计。结构的优化设计是设计出最优结构性能的基础，拓扑优化设计作为一种新型的设计方法能从本质上改变传统设计对经验和实验的依赖。微加速度计在结构上存在着尺寸效应，物理场的改变对结构的基本性能是有很大影响的。考虑多物理场因素，对结构进行多目标拓扑优化设计，是设计出满足综合性能结构的基本要求。研究了微加速度计结构设计的多目标拓扑优化设计方法，通过分析提出一种多目标并行拓扑优化方法。考虑温度对结构的影响，采用多目标并行优化方法设计出满足多目标的拓扑结构。多目标拓扑优化设计方法常用的方法是采用加权方法，将多目标转换为单目标进行优化设计。多目标拓扑优化设计相比单目标而言，能考虑更多的设计因素，弥补了单目标对结构设计的不足。本文采用多目标加权方法对微加速度计一阶固有频率最大和抗横向干扰能力最强进行多目标拓扑优化设计，得到不同权值下的多种拓扑结构。分析了加权法多目标拓扑优化设计方法的不足，提出一种并行的多目标拓扑优化设计方法。并行多目标拓扑优化设计方法是基于多学科优化设计思想，先进行多个单目标相对独立地优化。对同一设计域就存在着不同目标函数的设计向量共同影响，即耦合作用。采用系统协调的方式，使其趋于一个理想值。这种设计方法避免了加权方法人为的选取权值系数。数值算例表明这种设计方法的正确性。微加速度计在结构上一般都存在着多物理场的问题，如温度，电流对结构的影响，文章中分析了温度对结构变形的影响，建立了热-固单向耦合下结构变形拓扑优化模型。采用多目标并行拓扑优化方法，对结构变形和固有频率以及结构变形和柔度进行多目标拓扑优化设计，获得了新型的微加速度计拓扑结构。通过和多目标加权方法设计出的结构进行比较，再次验证了多目标并行拓扑优化设计方法的有效性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-16
  1.1 研究背景  9-11
  1.2 国内外研究现状  11-14
  1.3 研究内容及意义  14-16
第二章拓扑优化设计理论  16-23
  2.1 概述  16
  2.2 基于 SIMP 材料插值模型及数值求解  16-19
  2.3 拓扑优化中数值不稳定问题  19-20
  2.4 数值算例  20-21
  2.5 本章小结  21-23
第三章多目标加权拓扑优化  23-32
  3.1 概述  23
  3.2 固有频率结构拓扑优化模型  23-25
  3.3 横向抗干扰结构拓扑优化模型及其敏度分析  25-26
  3.4 多目标加权拓扑优化模型及其敏度分析  26-27
  3.5 微电容加速度计结构多目标拓扑优化算例  27-31
  3.6 本章小结  31-32
第四章多目标并行拓扑优化方法研究  32-48
  4.1 概述  32
  4.2 多目标并行拓扑优化算法  32-37
  4.3 热传导结构多目标并行拓扑设计  37-44
  4.4 简支梁多工况并行拓扑优化设计  44-47
  4.5 本章小结  47-48
第五章微加速度计多目标拓扑优化设计  48-62
  5.1 概述  48
  5.2 结构变形和固有频率多目标并行拓扑优化设计  48-57
  5.3 微电容加速度计结构柔度和结构变形多目标并行优化设计  57-61
  5.4 本章小结  61-62
第六章全文总结及展望  62-64
  6.1 全文总结  62-63
  6.2 全文展望  63-64
参考文献  64-67
发表论文和参加科研情况说明  67-68
致谢  68

微加速度计结构多目标拓扑优化设计研究

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