考虑机械载荷和热载荷的温室大棚骨架结构轻量化设计

作     者：凡健 易振峰 姚兴智 谢锦鹏 谭文超 王昱 Fan Jian;Yi Zhenfeng;Yao Xingzhi;Xie Jinpeng;Tan Wenchao;Wang Yu

作者机构：华南农业大学工程学院广州市510642 华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室广州市510642 

出 版 物：《中国农机化学报》 (Journal of Chinese Agricultural Mechanization)

年 卷 期：2024年第45卷第6期

页      面：77-81,112页

学科分类：082803[工学-农业生物环境与能源工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51705161) 广州市基础与应用基础研究项目(202102020870)。 

主　　题：温室结构 拓扑优化 热弹性结构 应力 

摘      要：为探究温度变化对温室大棚骨架结构安全性的影响,建立考虑机械载荷和热载荷的大棚骨架热弹性结构优化设计模型。以机械载荷和热载荷下结构的最大应力值最小化为目标,以结构的总材料用量为约束,考虑机械载荷与热载荷联合作用下的应力分布,实现对大棚骨架的连续体结构优化设计,使结构在满足支撑刚度的前提下最大程度缓和结构的应力集中问题。考虑到热应力优化问题中的设计依赖性和中间变量问题,采用密度过滤函数获得清晰的最优拓扑构型。通过两种典型温室大棚骨架优化算例,对比不同温度变化幅度和不同材料用量下优化结构的最大等效应力,结果表明:该模型在相同体积比下结构最大等效应力优化效率最高可达到约15%,同种载荷条件下体积比增加0.1可实现结构最大等效应力优化效果提高近1%。该研究为考虑机械载荷和热载荷的大棚骨架热弹性结构优化设计提供有效的设计方法,对工程应用中的温室大棚骨架结构设计具有指导意义。