水下耐压结构拓扑优化设计方法探究

作     者：王存福 赵敏 葛彤 WANG Cun-fu;ZHAO Min;GE Tong

作者机构：上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院海洋工程国家重点实验室上海200240 

出 版 物：《工程力学》 (Engineering Mechanics)

年 卷 期：2015年第32卷第1期

页      面：247-256页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 0824[工学-船舶与海洋工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51109132) 教育部高等学校博士学科点专项科研基金项目(20110073120015) 

主　　题：耐压结构 拓扑优化 压力载荷 图像分割 水平集 

摘      要：探究了拓扑优化设计方法在水下耐压结构设计中的应用。与固定载荷作用下结构的优化设计相比,此类问题需要正确地确定压力作用面。在拓扑优化过程中,利用变密度法得到的中间结构拓扑实际上可以看成是灰度图。基于此,提出了基于图像分割技术的压力加载面搜索方法,并利用距离正规化水平集方法(DRLSE)检测图像边界。利用数值算例验证了方法的有效性,并研究了静水压力作用下结构的拓扑优化设计问题。在给定材料约束的前提下,研究了不同边界条件下耐压壳体的最小柔顺度及最优结构拓扑形式。优化结果说明了该方法在多球交接耐压壳结构形式优化设计及复杂边界条件下耐压结构新形式探索中的工程应用价值。