拓扑优化理论在二维平面闸门设计中的应用

拓扑优化又称为结构布局优化,其主要目的是致力于寻求优化结构的某些性能或减轻结构重量的途径。随着形状优化和尺寸优化设计的不断成熟与完善,拓扑优化逐渐成为结构优化设计的研究热点与难点问题。利用连续体结构拓扑优化理论,对结构复杂的水工平面闸门进行研究,并通过对优化结果进行拟合,进行结构变形分析与应力校核。结果表明结构应力分布均匀,能够更好地发挥各部位材料的最佳性能,验证了拓扑优化理论在水工闸门中应用的可行性与优越性。     

桁架结构拓扑和布局优化发展综述

从优化模型的建立和求解算法的研究两个方面对桁架结构的拓扑、布局优化的发展历程和研究现状进行综合评述。按照发展的先后,将以基结构法为基础的优化模型根据设计变量的不同分为3类,同时描述了非基结构法的拓扑布局优化;将求解算法分为传统的数学求解和智能化的全局寻优求解两部分。对桁架结构的拓扑布局优化在实际工程中的应用进行了总结,指出了结构拓扑、布局优化在理论研究、工程应用和软件开发等方面的研究方向。     

拓扑优化理论在平面闸门优化设计中的应用

所谓拓扑优化就是寻找设计空间中结构刚度最好的分布方式;或是结构最佳的传输途径,这样就可以对结构中的许多性能进行优化,帮助降低结构的质量。在形状以及尺寸方面,设计的方式都在不断完善,不断成熟,这种拓扑优化成为了优化设计中比较热门的话题。在对平面闸门结构进行优化的时将这种拓扑优化引入其中,再对优化之后的成果进行了重点探讨,验证在水工闸门中运用这种拓扑优化的理论是可行的。     

基于ANSYS的三支臂弧形钢闸门拓扑优化布置

基于拓扑优化理论,以结构最大刚度为目标函数,采用ANSYS拓扑优化功能对三支臂弧形钢闸门进行了布置优化,得出了三支臂弧形钢闸门的合理结构布置形式.并结合实例对优化成果进行了静动力分析比较.结果显示,拓扑优化后的闸门结构,其强度、刚度及稳定性都有一定的提高,优于原始布置结构.此方法可以为水工钢闸门结构布置创新提供一定的参考.     

深孔弧门三维拓扑优化应用研究

当前拓扑优化在水工闸门中的应用均为二维平面内的拓扑优化设计,未涉及闸门空间拓扑形式的问题。针对此,以某水电站工程深孔弧形钢闸门为例,基于连续体拓扑优化方法中的变密度法进行深孔弧门三维拓扑优化的应用研究,采用有限元软件对拓扑结果进行数值分析,并与工程中常用V型二支臂结构形式进行对比。结果表明采用三维拓扑优化得到的弧形闸门支臂最优拓扑构型为Y型树状结构,且在满足局部稳定要求前提下构建的箱型截面树状支臂结构承载能力满足规范要求。与规范中常用V型支臂结构进行对比分析,结果表明,拓扑优化的树枝状支臂结构整体位移减小15.8%,最大应力减小15%且整体分布更加均匀。三维拓扑优化方法可以应用于深孔弧形闸门的结构优化设计当中。     

非弹性组合材料的结构拓扑优化

介绍了使用拓扑优化理论针对以非弹性材料为特征的结构进行优化设计;非弹性材料的拓扑优化很难用均匀化等方法直接计算,目前有人提出以应力应变均匀假设为基础,使用组合Voigt-Reuss近似简化单位单元,结合Drucker-Prager塑性流动理论,利用已建立的材料模型库,对非弹性组合材料进行结构拓扑优化;比较了单纯Voigt,Reuss算法和组合算法在结构优化计算上的不同,展示了该方法在水利工程中的广阔运用前景。     

泵房结构拓扑优化设计

为了获得更加安全、经济的泵房结构设计方案,构建了泵房结构拓扑优化数学模型,提出了两阶段式拓扑优化求解策略。首先在ANSYS平台上对泵房主体结构进行拓扑优化,获得结构最优拓扑形态;然后对拓扑结果进行适应性处理,开展工程强度、刚度及稳定性的泵房结构工作性态复核。案例优化结果表明,经优化后的泵房结构总体积较原方案减小13.7%,且优化设计方案各项指标满足规范要求。     

拓扑优化理论在二维深孔弧形闸门设计中的应用研究

利用拓扑优化理论，对结构复杂的深孔弧形闸门作了深入地研究，并通过对优化结果的变形分析与应力校核，表明结构应力分布均匀，能够更好地发挥各部位材料的最佳性能，验证了拓扑优化理论在水工闸门中应用的可行性。     

配电网拓扑结构概念聚类及其在优化规划中的应用

聚类分析是一种无监督的机器学习方法，被广泛应用于各研究领域。在城市配电网优化规划的研究中，现有的关于网络拓扑结构分析的一些方法并不适用于配电网优化规划工作，而关于配电网拓扑结构聚类分析的研究更是鲜见报道。基于对配电网结构、运行特点以及优化规划工作实际需要的认知，提出了一种结合模糊逻辑的配电网拓扑结构概念聚类方法，对于推进配电网优化规划问题的研究具有广泛的实际意义。为检验该方法的有效性，在该方法的基础上引入几个简单的概念，构成一个基本的机器学习模块，该模块可以方便地“嵌入”基于Agent行为和范例学习的新型遗传算法中，以提高原算法的计算性能。并用算例证明了在引入基于配电网拓扑结构概念聚类的机器学习模块后，新型遗传算法具有更高的计算效率和求解质量。     

数字图像处理在结构优化结果提取中的应用

结构优化结果的提取和应用主要考虑如何有效地将优化结果转化为可用的CAD模型,实现CAE和CAD之间的数据共享和模型转换。基于数字图像原理提取轮廓范围及像素点坐标,根据相邻点坐标计算离散曲率,并根据曲率值对构件的边缘形状进行分类,得到拓扑优化结果。该方法提高了拓扑优化结果的精度和可用性及提取的效率,减少了人为因素的干扰,提取的模型更符合实际,有助于更好地理解和分析拓扑优化结果,对拓扑优化后处理的结果提取轮廓重构及成果应用有一定参考作用。     

基于拓扑优化方法的开挖边坡设计

提出了应用拓扑优化方法设计边坡的方法,并运用基于刚度的拓扑优化方法对一开挖边坡进行优化设计,分析了边坡优化过程中材料密度的变化以及应变能随优化区体积的变化规律,对比分析了边坡拓扑优化设计前后的应变能与水平位移。通过强度折减法计算分析了传统开挖边坡设计与拓扑优化设计边坡的稳定性。边坡拓扑优化设计沿原坡面进行删减单元,未出现空洞现象。优化后的坡体趋于三角形,应变能最大值减小,横向位移分布较为均匀,可以认为使用拓扑优化方法对开挖边坡进行优化是可行的。在坡顶荷载作用下,边坡坡比随高程而变,且上部坡比较小。拓扑优化设计的边坡在开挖区域内以及整个设计土坡的安全系数与在开挖同样体积下传统边坡设计的安全系数相差较小,拓扑优化设计的开挖边坡滑弧较不明显,并且拓扑优化方法在边坡设计时较好地考虑了边坡的土体材料特性及边坡的应变能。     

三峡升船机平衡重滑轮结构拓扑优化设计

为了解决三峡升船机平衡重滑轮腔体内焊接支撑块脱落导致异响问题,建立了以结构柔度最小为优化目标的拓扑优化模型,基于ANSYS对滑轮结构进行拓扑优化设计并对模型进行重构,得到了最终优化模型.对比分析了优化前后结果,表明优化后的滑轮总重与优化前的比值为0.91,所受最大应力比值0.852,所受最大位移比值0.94.通过优化结...     

水电站机组优化组合的混合粒子群优化算法

机组组合是水电站短期发电计划中一个非常重要的问题,合理的组合运行能带来显著的经济效益,开展对机组优化组合的可行性和有效性研究有重大的现实意义。建立了该问题的数学模型,并提出了混合粒子群算法（Hybrid Particle Swarm Optimization,HPSO）的工程实现方法,采用量子粒子群算法解决机组方案的确立,并采用粒子群算法求解负荷经济分配。设计了粒子的适应度计算方法和速度更新方法,提出了HPSO算法的求解步骤。仿真分析表明：HPSO算法求解机组优化组合问题是可行和有效的,该算法实现简单,具有更快更好的收敛性能。     

塔带机工作平台多载荷拓扑优化设计

以塔带机工作平台多载荷作用下的整体柔度最小为优化目标,基于实体各向同性材料惩罚函数插值方法,构建多载荷拓扑优化数学模型,利用HyperWorks/Optistruct求解优化模型,得到工作平台的拓扑形式。根据拓扑形式重构几何模型,并对原结构模型和重构模型进行静力分析比较,结果表明,工作平台结构经拓扑优化后,在减轻结构质量的同时,提高了结构刚度,减小了应力分布,比优化前更加安全、可靠。     

深孔弧形闸门静动力特性及流激振动

弧形闸门由于其启门力小、无门槽及运行操作方便等优点,在水工建筑物中得到广泛应用,但不少闸门由于结构设计、布置或运行操作不合理等原因,在运行中会发生强烈振动甚至结构破坏,影响闸门结构的运行安全,特别是高水头、有局部开启控泄要求的大跨度弧形闸门。通过水力学试验、三维有限元静动力分析和流激振动试验,系统研究了深孔弧形闸门的水力学特性、静动力特性、流激振动特性,揭示了闸门结构的流激振动共振现象,并针对分析过程中出现的应力、变形过大问题,提出了加强闸门结构强度和刚度的优化措施,确保其安全平稳运行。     

粒子群算法在水电站日优化调度中的应用

针对传统的动态规划方法求解水库优化调度问题存在的“维数灾”问题,给出一种全局随机优化算法[1]——粒子群优化算法并应用于水库日优化调度问题中。相对于动态规划,该算法原理简单,易编程,占用计算机内存少,能以较快的速度收敛到全局最优解,从而为分时电价环境下的水电站日优化调度问题提供了一种有效的解决办法。