基于Ansys的渐进结构拓扑优化设计平台开发开题报告

2020-04-13 14:31:16

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1目的及意义

本毕业设计选题为《基于ansys的渐进结构拓扑优化设计平台开发》，目的是利用eso方法为基础，在matlab中调试出一段代码，引用ansys作有限元分析，并在matlab中读入求解结果，并分析修改设计变量，从而迭代完成结构拓扑优化。

其中由于matlab软件虽然是一个高级的编程计算软件，但是它并不是一个专业的建模软件，所以利用原始的eso法的matlab代码会存在一定的局限性，例如不易于把拓扑优化问题拓展到三维情况。而ansys是一款优异的商业有限元分析软件，其中建模、网格划分、有限元分析等功能强大，但是其自带的拓扑优化变量更新算法往往会显得不够直接和高效。结合ansys与matlab，就可以利用ansys的这些功能就可以与原始eso法的matlab代码形成一个优势互补。方便把eso法进一步扩展到复杂几何构型的问题上。而目前eso法常就静力施载下，刚度最大化问题上进行分析，当拓扑优化的目标变化时，修改matlab代码往往会显得有点复杂，尤其是在有限元分析那块的代码修改。但利用ansys有限元分析所得数据简单引入matlab中，并对eso法代码进行适当修改，不同目标下的拓扑优化就会来的更为简单容易。这个正正就是这个基于ansys渐进结构拓扑优化设计平台开发建立的意义所在。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

本毕业设计的基本内容为在matlab平台上编写一段代码，可引用ansys求解器作有限元分析，并把有限元分析结果读入进matlab中，作为设计变量的迭代更新判据，完成设计变量迭代更新后，再把设计变量的更新数据引入ansys中进行下一迭代的有限元分析。迭代分析至结构拓扑满足于给定的约束（如：体积约束）时，迭代停止。程序的调试背景主要是以刚度优化为基础，分为，从ansys中读取有限元分析后的单元柔度值，并以此为拓扑优化中设计变量增减的判断标准，并使用eso法进行设计区域的变量更新，最终迭代得到拓扑优化设计解。细化到算例层面就以经典的悬臂梁的二维形式及三维形式来进行程序编写。

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3. 研究计划与安排

（2018.1.18-2.18）	仔细查阅毕设相关的文献资料，了解整个拓扑优化的进程，对各种常见的拓扑优化方法进行了解，深入了解渐进结构优化方法的数学模型和公式原型及依据。
（2.19-2.28）	完成与本毕设联系紧密的核心外文翻译三篇。
（3.1-3.5）	提交文献检索摘要，撰写开题报告，并完成网上提交开题报告。
（3.6-3.16）	熟读eso法相对应的Matlab代码，并在Ansys apdl模块进行apdl编程重现。
（3.17-3.27）	深入学习Matlab编程语言，尤其是对其中的读取与写入数据的命令可以熟练应用，为往后编写代码打下基础。
（3.28-4.8）	编写在Ansys apdl模块建模、有限元分析等所需求的apdl编程代码，留作Matlab程序调取之用。
（4.9-4.19）	以一侧夹紧，另一侧下部有静力载荷作用的二维悬臂梁为约束施载情况，最大化结构刚度为设计目标。完成整个设计平台的Matlab编程，并在最简单的正方形网格上完成二维的测试验算。
（4.20-4.30）	把程序扩展到三角形网格、其他二维施载约束问题上进行测试验算。
（5.1-5.10）	再把程序扩展到经典的三维约束上（例如经典的MBB梁问题的三维拓扑优化）进行平台测试验算。
（5.11-5.30）	完成毕业设计所要求的图纸，说明书，论文的撰写，并交给指导老师进行查阅修稿。
（6.1-6.8）	准备毕业设计答辩。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]neves mm, sigmund o, bends#248;e mp (2002) topology optimization of periodicmicrostructures with a penalization of highly localized buckling modes. int jnumer methods eng 54(6):809–834

[2]prager w, rozvany g (1977) optimal layout of grillages.jstruct mech 5(1):1–18

[3]rozvany g (1972a) grillages of maximum strength and maximumstiffness. int j mech sci 14(10):651–666

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