桁架结构形状优化的理论与基于MSC/NASTRAN的软件二次开发

摘要

对于桁架结构形状优化,应用层次分解优化方法,将设计变量分成杆件截面积和节点位置两类变量.求解时分为两层,第一层在给定节点位置下对杆件截面进行优化,同时考虑了应力、局部稳定约束和位移约束的重量最轻;第二层假定截面层的有效位移约束作用不变,求解一个使桁架刚度增强的二次规划问题,获得既不违反约束,又使目标函数不上升的新的节点位置,再返回第一层.两层交替进行直至收敛.利用MSC/PATRAN提供的PCL语言实现了对MSC/NASTRAN优化模块的二次开发.层次分解优化方法的实现和MSC/NASTRAN在优化中的集成分析,缩短了优化计算时间,降低了工程设计人员的工作强度,大大提高了优化设计效率.并且将建立优化模型的菜单融合到PATRAN界面,实现程序的可视化.用户可以通过人机界面的交互功能确定设计变量,实现约束条件下目标函数的优化.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1结构优化方法

1.2桁架结构优化的发展

1.3本课题主要工作及其意义

1.3.1本课题主要工作

1.3.2本课题主要意义

第二章开发平台与二次开发技术

2.1有限元方法与CAE

2.1.1有限元方法的发展

2.1.2 CAE技术

2.2 MSC/NASTRAN有限元分析软件简介

2.3 MSC/PATRAN二次开发

2.3.1 PCL语言

2.3.2程序的编写和函数的调用

2.3.3用户界面(窗口、菜单等)的形成

2.3.4程序与NASTRAN进行数据交换

第三章二层分解优化设计

3.1分解优化

3.2桁架结构形状的分解优化

3.3截面优化与形状优化分解执行的关键问题

3.3.1两层优化模型的建立

3.3.2节点层目标函数的选取与优化模型的建立

第四章桁架结构形状优化

4.1桁架结构截面层优化

4.1.1数学模型的建立

4.1.2满应力设计

4.1.3局部稳定性约束

4.1.4位移约束

4.1.5算法程序实现

4.2桁架结构节点层优化

4.2.1数学模型

4.2.2目标函数近似的建立

4.2.3二次规划的求解

4.2.4应力转化为相当位移约束的处理

4.2.5算法程序实现

4.3算例

4.3.1算例一：平面两杆(有位移约束)

4.3.2算例二：平面两杆(无位移约束)

4.3.3算例三：空间超静定四杆

4.3.4算例四：平面十五杆桁架

4.3.5算例五：空间二十五杆桁架

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢