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复合材料变刚度铺层优化设计方法研究
| 论文题名： | 复合材料变刚度铺层优化设计方法研究 |
| 关键词： | 汽车设计;燃油消耗;车辆轻量化;复合材料 |
| 摘要： | 汽车轻量化是节省燃油消耗及减少尾气排放的有效手段。复合材料由于其优秀的材料性能而被汽车轻量化领域广泛关注，其中采用变刚度铺层方案的连续纤维增强复合材料具有很强的可设计性，通过铺层优化可充分发挥材料的性能优势。通过对复合材料铺层方案的设计可以使材料的分布更合理，使汽车被设计零部件实现力学性能和质量的最优化，从而提高汽车的轻量化程度。当前变刚度铺层往往是根据经验进行设计，并没有在工业上系统的使用铺层设计方法。 本文针对多相材料拓扑优化方法进行研究，基于多相材料拓扑优化方法建立了最大化结构刚度优化问题的数学模型，给出了灵敏度求解方法，对常用的DMO材料插值方法和BCP材料插值方法进行对比分析研究，证明了BCP方法在优化速率及解的最优性方面都更有优势。对于复合材料变刚度铺层优化结果可制造性较差的问题，提出了基于Heaviside函数和数学形态学的拓扑密度变量过滤方法。将此方法在数值算例上应用，得到的优化结果的铺层较其它过滤方法具有更明晰的铺层优化结果。证明了该密度过滤法较其它方法能更有效克服优化过程中易出现的多孔材料现象和棋盘格现象，同时可依据制造加工精度控制优化结果中结构和孔洞的最小几何尺寸，进一步加强了优化结果的可制造性。 |
| 作者： | 刘昌 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 杨世文;金达锋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中北大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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