基于区间可能度的区间参数桁架结构多目标拓扑优化

研究区间参数桁架结构在应力和频率约束下的多目标拓扑优化问题,即构建区间参数桁架结构的多目标拓扑优化模型,以各杆截面面积和拓扑逻辑变量为设计变量,结构总质量和结构最大位移上限最小为目标函数,满足单元区间应力可能度、区间频率可能度为约束条件.利用泰勒展开和函数的区间扩张导出应力、位移和频率响应的区间包,采用基于个体排序的Pareto 遗传算法求解其有约束多目标优化问题.两个数值算例验证文中模型及求解策略与方法的合理性和有效性.     

随机-区间-模糊变量下的结构拓扑优化设计

研究具有随机-区间-模糊混合变量的平面连续体结构在刚度约束下的拓扑优化设计问题。考虑结构的材料物理参数、外部载荷及结构许用柔度分别同时为随机、区间或模糊三种不同类型的变量,首先利用信息熵转化法将模糊变量转换为等价的正态随机变量,然后基于概率可靠性分析方法获得随机变量和区间变量共存时的混合可靠性指标。在此基础上建立了以结构单元有无为设计变量,结构体积极小化为目标函数,满足结构柔度混合可靠性约束的平面连续体结构拓扑优化数学模型,并利用渐进结构优化法求解。通过两个算例验证文中所建模型的合理性及求解策略、方法的有效性。     

基于随机摄动有限元的连续体随机拓扑优化设计

提出了连续体结构随机拓扑优化设计(STOD)的概念。假定连续体的随机参数满足正态分布,根据随机参数的均值和方差,利用随机摄动有限元理论(SFEA)求出连续体单元应力的均值和方差,利用线性同余法(LCGs)产生伪随机数,得到单元应力的伪随机数值,继而以单元应力的欧氏距离为判别标准,利用K邻近算法(KNN)对连续体结构进行拓扑优化设计,最后给出了计算示例。     

热弹性结构全局应力约束拓扑优化设计

针对静强度失效问题,提出一种基于全局应力约束的热弹性结构拓扑优化设计方法。考虑热载荷和机械载荷共同作用下,以结构的体积最小化为目标函数,利用应力松弛方法来消除奇异解现象,采用改进的P范数方法将所有的单元应力凝聚化为一个近似等于结构最大应力的全局应力,利用全局应力作为约束,建立热弹性结构全局应力约束拓扑优化模型,采用移动近似线算法进行拓扑优化问题的求解。数值算例表明热弹性结构全局应力约束拓扑优化设计方法是有效的。随着温度载荷增大,应力约束拓扑优化获得的拓扑结构不同,最优结构的用材有所增加。     

多工况应力约束下连续体结构拓扑优化设计

建立多工况应力约束条件下连续体结构拓扑优化的数学模型，给出求解方法。采用包络法处理大量的应力约束，用改进的满应力法进行求解，方法简单、实用。提出的分层优化技术能使最优结构更为清晰。分层优化方法的基本思想是按载荷大小分为几个层次，后面层次的拓扑优化以前面层次得到的最优拓扑为基础，通过逐层优化，最终得到最优结构。分层优化时主要考虑属于本层载荷的影响，避免大小载荷混在一起，最优拓扑模糊不清的问题。为解决各层优化单元厚度相关太大，易造成结构刚度矩阵奇异的问题，提出对相应参数的调整方法。算例表明该方法是有效的。     

非正态分布的连续体结构可靠性拓扑优化设计

由于具有不确定性参数的连续体结构普遍存在,因此研究不确定性参数连续体结构的可靠性拓扑优化问题具有十分重要的意义。在基本随机变量前四阶矩已知的情况下,利用四阶矩技术以及有限元方法求解连续体结构的可靠度,对隐式的可靠度约束进行显式化处理。将连续体的拓扑优化设计视为一种对单元的模式识别,将模式识别领域的K邻近方法引入到连续体结构拓扑优化设计领域,以结构的单元应力作为识别的变量,利用应力的欧拉距离作为判别的标准,对连续体结构进行可靠性拓扑优化设计。通过数值算例与确定性设计结果进行对比,结果表明,考虑了可靠度影响的拓扑优化结果要优于确定性参数的优化结果,同时表明该计算方法是可行的。     

不确定性桁架结构区间有限元分析的区间因子法

利用区间因子表征区间变量的不确定性,将区间变量表示为其均值和区间因子的乘积;根据区间运算规则,将区间分析与有限元方法相结合,提出了非概率不确定的结构的一种区间有限元分析的方法。构建了区间参数杆系结构在区间荷载作用下的分析模型,导出了结构的区间位移和区间应力响应区间变量表达式。通过算例考察了任一结构参数和荷栽的不确定性对位移和应力的影响,获得了一些有意义的结论。     

区间参数柔性机构设计的混合元胞自动机方法

进行柔性机构设计时,应考虑不确定性参数对机构性能的影响。基于此,将柔性机构物理参数及其外载荷视为区间变量,基于柔性机构的刚性测度和柔性测度,建立在连续域中利用结构拓扑优化设计柔性机构的数学模型。采用固体各向同性惩罚方法进行设计域材料的参数化,将材料相对密度作为设计变量,结构受载时的应变能和交互势能线性加权的极大化作为目标函数,结构体积作为约束。优化设计求解策略采用混合元胞自动机方法,用区间有限元法进行结构总体分析以获取优化过程中的每次迭代信息,设计变量中的局部改变由基于比例—积分—微分控制律的局部设计规则来确定。数值算例证明了所建模型及其解法的有效性。按照数值算例结果之一进行等比例尺寸放大后的实物制造,并进行简单试验验证。     

基于KNN方法的多约束下连续体结构拓扑优化设计

提出了多约束下连续体结构拓扑优化设计的K邻近(KNN)方法。首先以结构单元作为样本,将整个设计区域看作是样本空间,将连续体结构拓扑优化看作是一种对单元的模式识别;然后利用单元应力和位移灵敏度作为单元样本的特征向量,利用特征向量的欧氏距离为识别标准,引入模式识别的KNN方法进行多约束下的连续体结构拓扑优化设计;最后给出计算示例的优化结果来表明该方法是可行的。     

随机-区间混合参数桁架结构有限元分析方法研究

以随机-区间混合参数桁架结构为对象,研究了其在随机力作用下的有限元分析方法。利用随机因子法和区间因子法,建立了结构中随机参数和区间参数同时存在时的有限元方程;利用代数综合法推导出结构位移响应均值、方差的计算表达式。最后通过算例分析了结构物理参数、几何参数和外载荷为随机变量或区间变量时对结构位移和应力响应的影响,并验证了模型和方法的合理性与可行性。