关于两类机翼模型拓扑优化对比分析报告.docx

关于两类机翼模型拓扑优化对比问题的报告目的 在上一次受力变形分析的基础上再对两种类型机翼模型进行初步拓扑优化，对比分析拓扑优化结果。优化问题描述目标：柔顺度（应变能）最小化约束：设计体积上限为40％，50％。变量：设计空间中每个单元的密度1、施加约束边界条件约束边界条件：限制模型左端面部分单元节点沿x,y,z三个方向的移动和转动。约束的施加位置如图1所示 图1优化结果1.1、具有两种单元属性的机翼模型优化结果如图2～4所示。图中左侧为3D实体单元加2D壳单元机翼模型的拓扑优化结果；图中右侧为只有3D实体单元元机翼模型的拓扑优化结果。 图2（单元密度云图） 图3（去除低密度单元后的密度等值面图）当约束为设计体积上限40％（upper bound=0.4）时，3D实体单元加2D壳单元机翼模型的最大位移量1383mm。发生在机翼模型中红色颜色区域见图4左侧所示。当约束为设计体积上限50％（upper bound=0.5）时，3D实体单元加2D壳单元机翼模型的最大位移量614.5mm。发生在机翼模型中红色颜色区域见图4右侧所示。 图4（位移云图）为便于和上次的受力变形分析对比载荷边界条件仍然是沿Y轴负方向在整个面上施加力F=1400N，显然发生的最大位移有所加大。1.2、目标函数迭代收敛曲线 图5（约束设计体积上限40％时目标函数迭代收敛曲线）图6（约束设计体积上限50％时目标函数迭代收敛曲线）有上图可知3D实体单元加2D壳单元机翼模型的目标函数迭代次数是完全不同的，在目标函数相同（柔顺度（应变能）最小化），当约束为设计体积上限40％（upper bound=0.4）时，迭代次数是8次；当约束为设计体积上限50％（upper bound=0.5）时，迭代次数仅为4次。2.1、仅有3D实体单元属性的机翼模型优化结果如图7～8所示。 图7（去除低密度单元后的密度等值面图）当约束为设计体积上限40％（upper bound=0.4）时，3D实体单元机翼模型的最大位移量314.7mm。发生在机翼模型中红色颜色区域见图5左侧所示。当约束为设计体积上限50％（upper bound=0.5）时，3D实体单元机翼模型的最大位移量270.3mm。发生在机翼模型中红色颜色区域见图6右侧所示。 图8（位移云图）为便于和上次的受力变形分析对比载荷边界条件仍然是沿Y轴负方向在整个面上施加力F=1400N，显然发生的最大位移有所加大。2.2、目标函数迭代收敛曲线 图9（约束设计体积上限40％时目标函数迭代收敛曲线） 图10（约束设计体积上限40％时目标函数迭代收敛曲线）有上图可知3D实体单元机翼模型的目标函数迭代次数也是不同的，在目标函数相同（柔顺度（应变能）最小化），当约束为设计体积上限40％（upper bound=0.4）时，迭代次数是8次；当约束为设计体积上限50％（upper bound=0.5）时，迭代次数是6次。结论 综合以上分析可知：由于机翼模型左端面只有部分固定约束，所以最大位移有了很大幅度的增加。从拓扑优化的密度云图来看优化结果很不理想，需要进一步考虑加入更多的限制性条件。 林纯景 2013-11-29