基于BESO法的拓扑优化设计平台开发开题报告
2020-02-20 08:14:25
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beso法的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，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，刚度最大化或应力最小化问题上进行分析，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。这就是基于beso法的拓扑优化设计平台开发建立的意义所在。
2. 研究的基本内容与方案
2.1设计的基本内容
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应力优化为基础，分为，从ansys中读取有限元分析后的单元应力值，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、l型梁的二维形式及三维形式来进行程序编写，再进行工程实际零件的结构演算。
3. 研究计划与安排
表1 进度安排表
| （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。 |
| （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。 |
| （4.9-4.19） | 以二维悬臂梁为基本试验模型，最小化结构应力为设计目标。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） | 把程序扩展到任意四边形网格、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（例如经典的MBB梁问题的三维拓扑优化）及工程实际零件上进行平台测试验算。 |
| （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）
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nevesmm, sigmund o, bendsoslash;e mp (2002) topology optimization of periodicmicrostructures with a penalization of highly localized buckling modes. int jnumer methods eng 54(6):809–834
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pragerw, rozvany g (1977) optimal layout of grillages.j struct mech 5(1):1–18
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rozvanyg (1972a) grillages of maximum strength and maximum stiffness. int j mech sci14(10):651–666
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