拓扑内部平面舱壁肘板结构优化设计

摘要：肘板是潜艇结构中常用的连接构件，利用肘板结构可以有效增加结构的连续性，降低连接处的应力集中。肘板的受力复杂、应力变化大，且由于连接处结构刚度变化大，导致应力在肘板角趾处集中，致使肘板角趾处容易损坏。由此对肘板进行强度性能浅析和优化设计是很有作用的。本论文针对内部平面舱壁和耐压壳体结构采取有限元软件ANSYS的参数化设计语言APDL编写了有限元参数化建模的命令流，为后续的优化设计工作奠定了基础。以内部平面舱壁肘板结构为探讨对象，利用ANSYS拓扑优化设计模块，对矩形的肘板结构进行拓扑优化，设计得到了一种新型的外弧形肘板结构，采取有限元软件ANSYS对外弧形肘板结构进行受力浅析，并与三角形和内弧形肘板进行比较，浅析以上三种类型肘板结构在应力集中和结构重量等方面的优劣性。计算结果表明，曲边肘板的应力集中较三角形肘板有所降低，采取ANSYS拓扑优化的设计策略对于初步确定肘板结构形状具有一定的指导作用。选择应力集中较小的外弧形和内弧形肘板结构，以其结构尺寸为设计变量，应力为约束条件，结构重量为目标函数，建立肘板结构优化设计数学模型，并采取遗传算法求解。通过编程实现在遗传算法中调用ANSYS获得计算适应度需要的参数，最终得到两种类型肘板相对较优的结构尺寸。优化结果表明，这两种肘板结构优化案例的重量较初始案例有所减小，提出的优化策略对于肘板结构的实际设计具有一定的参考价值。关键词：内部平面舱壁论文肘板结构论文拓扑优化论文遗传算法论文

摘要4-5

Abstract5-9

1 绪论9-15

1.1 课题的来源、目的、作用9-10

1.2 国内外探讨近况浅析10-13

1.2.1 潜艇舱壁结构探讨情况11

1.2.2 连接肘板的探讨概况11-13

1.3 本论文的主要内容13-15

2 内部平面舱壁参数化建模与强度浅析15-28

2.1 有限元法和参数化技术15

2.2 参数化建模15-19

2.3 强度计算19-27

2.4 本章小结27-28

3 内部平面舱壁肘板结构拓扑优化设计28-45

3.1 ANSYS 拓扑优化概述28-29

3.2 内部平面舱壁肘板结构拓扑优化设计29-34

3.3 内部平面舱壁肘板结构多案例比较34-44

3.4 本章小结44-45

4 内部平面舱壁肘板结构遗传优化设计45-57

4.1 MATLAB 遗传优化算法介绍45-47

4.2 外弧形肘板结构遗传优化设计47-51

4.3 内弧形肘板结构遗传优化设计51-56

4.4 本章小结56-57

5 全文总结与探讨展望57-59

5.1 全文工作总结57-58

5.2 未来工作的展望58-59

致谢59-60