叠层复合材料方板多孔形状优化

采用一种无梯度仿生技术——基于等限制Tsai-Hill值准则的固定网格渐进优化方法(FGESO),研究了叠层复合材料方板在拉剪荷载时不同孔数、不同叠层构造条件下的最优孔形问题。在孔的周围不断把限制Tsai-Hill值小于删除标准的材料删除,直到稳定状态达到,然后提高删除标准继续迭代,直到达到指定的开孔面积。与传统渐进优化方法(ESO)的不同之处在于利用节点而不是单元的限制Tsai-Hill值来确定需要删除的材料,因此得到了比ESO更光滑的结果。例子证明了方法的普适性和有效性。还研究了两孔方板最优孔形的优化历程,结果反映了相邻开孔相互影响的一些规律。     

基于应变能的预应力平面实体结构拓扑优化设计

研究了预应力平面实体钢结构拓扑优化设计问题。建立了以索力值和结构拓扑为设计变量,以结构储存应变能为约束条件,以结构重量最小为目标函数的数学优化模型。在求解方法上,首先以结构储存应变能最小(刚度最大)确定施加在结构上的索力值,然后采用渐进结构优化法(ESO方法)删除低应变能的单元实现结构的拓扑优化并减轻结构重量。算例结果与相应体系受力性能的结论相吻合,表明本文所提出的优化方法是可行的。     

约束阻尼结构的双向渐进拓扑优化

针对约束层阻尼板的拓扑优化问题,以模态损耗因子最大化为目标函数,约束阻尼材料体积分数为约束条件,建立了约束阻尼板的拓扑优化模型。基于模态应变能方法,推导了目标函数对设计变量的灵敏度。采用双向渐进优化算法(BESO)对约束阻尼材料的布局进行了拓扑优化,获得了约束阻尼材料的最优拓扑构型,并与渐进优化算法(ESO)进行了比较。研究结果表明：双向渐进优化算法相比单向渐进优化算法,获得的模态损耗因子更高,阻尼减振效果更好。     

适用于支护拓扑优化的双向渐进优化方法

利用近年来发展的渐进结构优化方法(ESO)的概念,发展了适用于支护拓扑优化问题的双向渐进结构优化方法(BESO)。本文方法能在优化过程中控制开孔数,有效地避免了棋盘格式的出现,提出了两个解决振荡问题的技巧。将加固后的岩体看成人工支护材料,可以把加固优化的问题转化为人工支护材料在原岩中的分布的拓扑优化问题。建立了防治底臌帮臌的准则及其敏感度,研究了均匀地基不同地应力条件给定加固量时使得底臌帮臌最小的洞室开挖支护的最优拓扑。最优设计的底臌量明显小于经验设计的底臌量,证明了方法的有效性。     

基于ESO的夹层阻尼圆锯片减振降噪拓扑优化设计

针对夹层阻尼圆锯片的减振降噪拓扑优化设计,基于渐进拓扑ESO（evolutionary structural optimization）算法,寻求阻尼材料最佳布局. 导出了单元删除方法和损耗因子灵敏度计算方法,建立了拓扑优化流程,将损耗因子灵敏度作为衡量单元对结构损耗因子贡献量大小的标准,通过判断阻尼材料各单元对整体结构的减振效果,删除无效单元,得到满足刚度条件下的夹层阻尼圆锯片结构最优配置,使其在减振降噪的同时达到一定的刚度要求. 通过3种圆锯片模型的阻尼损耗因子对比,验证了优化后的圆锯片具有最佳的减振降噪效果．     

基于渐进结构优化的取料梁腹板拓扑优化

为了实现圆形堆取料机取料梁的轻量化设计,采用渐进结构优化方法(ESO)研究取料梁腹板的拓扑优化问题.在有限元软件ANSYS平台上利用其APDL语言进行二次开发实现了基于应力水平的渐进结构优化法,并结合使用灵敏度再分配技术控制棋盘格式,使各单元对结构性能的贡献或影响实现平滑过渡.最后获得了较清晰的取料梁腹板拓扑优化构形,为实现取料梁下一步设计及优化提供参考模型.     

位移约束刚架拓扑优化的非线性有无复合体方法

为了提高基于物理模型的结构拓扑优化的寻优效率, 该文提出了非线性有无复合体, 以刚架结构在位移约束下的拓扑优化为例, 进行了结构重量目标函数极小化的数学模型建立和程序实现。与线性有无复合体不同, 非线性有无复合体是无限多个无穷小的“有单元”和“无单元”各自长度的非线性组合。由于每个梁单元“有”单元长度和“无”单元长度之和的不变性, 其拓扑变量可以用“有”单元的总长度予以表达。推导了结构重量、位移约束同结构拓扑变量的显式函数, 建立了优化模型。使用线性规划算法求解了相应的优化模型, 算例表明, 该文方法的寻优效率得到了提高。同作为数学变换的ICM(独立、连续和映射)方法比较, 该文提出的作为物理模型的方法, 二者在解决结构拓扑优化上具有异曲同工之效:后者的“有”单元长度的非线性关系替代了前者的单元重量、位移约束中的过滤函数。数学变换方法与物理模型方法的异同点更是耐人寻味。 方法     

约束层阻尼短圆柱壳拓扑优化分析及实验研究

针对约束层阻尼短圆柱壳拓扑优化问题,采用基于模态应变能法的渐进结构优化算法（ESO）,引入独立网格滤波技术, 通过灵敏度分析,用ANSYS的参数化设计语言APDL编写拓扑优化程序,获得一定约束层阻尼材料用量的约束层阻尼最优拓扑构形,并对约束层阻尼材料的优化布局进行实验验证。研究表明该拓扑优化方法正确,用于短圆柱壳约束层阻尼材料布局优化具有较强的工程实用性。     

渐进结构优化法的基本理论及应用

渐进结构优化法（Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，简称ＥＳＯ）是近年来兴起的一种解决各类结构优化问题的数值方法。它是基于这样一个简单概念：通过将结构中无效或低效的材料一步步去掉，剩下的结构将逐渐趋于优化。ＥＳＯ的特点在于简单，通用，优化的结构可为桁架，刚架，板壳或三维连续体，优化的约束条件包括应力，刚度，位移，频率及临界压力。本文阐述渐进结构优化法的基本原理和具体步骤，并以一系列算例演示该法的计算机实施过程，文章最后介绍了ＥＳＯ的最新进展。     

一种变频率约束限的结构拓扑优化方法

针对仅频率约束和重量最小的结构拓扑优化问题,基于ICM(独立、连续、映射)方法和渐进结构优化方法的思路,提出了一种变频率约束限的结构拓扑优化方法.在优化迭代循环的每一轮子循环迭代求解开始时,为了控制拓扑设计变量的变化量,依据结构频率和其约束限,形成和引进了新的频率约束限.另外,建立了单元删除阈值和几轮迭代循环的单元删除策略.为了确保优化迭代中结构非奇异和方法具有增添单元的功能,在结构孔洞和边界周围引入了一层人工材料单元.结合拉格朗日乘子法,形成了一种新的连续体结构的拓扑优化方法.给出的算例表明该方法没有目标函数的振荡现象,且验证了该方法的正确性和有效性.     

车身结构阻尼材料减振降噪优化设计

本文针对某一乘用车车身结构振动引起的声辐射,建立了车身结构、声学空腔以及声固耦合有限元模型,分析了该乘用车车身的声固耦合特性。通过对车身各板件的贡献度分析,确定了对车内噪声贡献度最大的壁板。针对该壁板的阻尼减振降噪优化设计,建立了拓扑优化模型,采用渐进优化算法（ESO）,计算了阻尼材料的优化布局。研究结果表明：阻尼材料的优化布局使阻尼材料的使用率大大提高,50%的阻尼材料用量能基本达到全覆盖阻尼材料壁板的降噪效果,阻尼结构优化设计对车内噪声控制具有一定的理论指导意义。     

A strength-based multiple cutout optimization in composite plates using fixed grid finite element method

The design of interior cutouts in laminated composite panels is of great importance in aerospace, automobile and structural engineering. Based on the Tsai–Hill failure criterion of the first ply, this paper presents a newly developed Fixed (FG) Grid Evolutionary Structural Optimization (ESO) method to explore shape optimization of multiple cutouts in composite structures. Different design cases with varying number of cutouts, ply orientations and lay-up configurations are taken into account in this study. The examples demonstrate that the optimal boundaries produced by FG ESO are much smoother than those by traditional ESO. The results show the remarkable effects of different opening numbers and various lay-up configurations on resulting optimal shapes. The paper also provides an in-depth observation in the interactive influence of the adjacent cutouts on the optimal shapes.     

利用拓扑优化的结构微小损伤定位研究

以结构模态参数主要是结构共振频率和结构某点的反共振频率为基础,结合拓扑优化中的渐进结构优化法,讨论了其在微小损伤结构的损伤定位中应用的可行性。文章中给出了结构共振频率和反共振频率的灵敏度,建立了损伤定位的数学模型,提出了针对微小损伤结构的损伤区域逼近方法,并结合进化法提出了合适的进行损伤定位的策略。最后针对本文所提的微小损伤结构,给出了算例进行验证。算例表明,渐进结构优化法在结构整个区域寻找损伤点,即使对于微小的损伤结构也可以有很好的搜寻效果     

多约束的桥梁结构拓扑优化

基于ESO (Evolutionary Structural Optimization)的拓扑优化方法,本文提出了一种适应于桥梁结构的拓扑优化方法。引进了两种性能指标公式来确定最佳拓扑设计。另外,为了更有效地尝试改进最终设计的细节,而又不进行更精细有限元网格的完整分析,这里提出了一种精细网络设计方案。再者,结合细啃技术,完成了考虑应力、位移、频率约束的斜拉桥优化设计。通过几种桥梁的设计优化,表明该方法的可应用性、简洁性和有效性。     

基于双向渐进结构拓扑优化算法的创新设计研究

目的 在数字化设计的背景下,探索基于结构性能化的算法找形方法,运用双向渐进结构拓扑优化算法(Bi-Directional Evolutionary Structural Optimization,BESO)展开创新设计实践研究。方法 在理解双向渐进结构拓扑优化算法的基本内涵、相关理论、历史发展和现状应用的基础上,分析其算法生成的优势及可行性,并以算法的组织模式与生形原理为前提,对其进行几何划分、约束条件、优化技术、结构模拟、材料设定、迭代生形等内容协同一体的生成策略研究,提供了多元选择的设计机会。结果 得到了运用双向渐进结构拓扑优化算法进行的基于初始形态设计、拓扑优化设计和后处理与制造三步骤创新设计实践结果。结论 此设计实践方案验证了该算法生成方法的设计应用可行性,同时也为多领域应用该算法提供了新思路和新方向。     

Optimal topology design of industrial structures using an evolutionary algorithm

The paper demonstrates the application of a modified Evolutionary Structural Optimisation (ESO) algorithm for optimal design of topologies for complex structures. A new approach for adaptively controlling the material elimination and a ‘gauss point average stress’ is used as the ESO criterion in order to reduce the generation of checkerboard patterns in the resultant optimal topologies. Also, a convergence criterion is used to examine the uniformity of strength throughout a structure. The ESO algorithm is validated by comparing the ESO based solution with the result obtained using another numerical optimisation method (SIMP).     

遗传演化结构优化算法

ESO算法是近年来提出的一种结构优化算法,它可以应用于多个领域。在土木工程方面,利用ESO算法可以寻找结构最优的拓扑形状,指导结构的设计。但这种算法存在先天的局限性,即无法保证它所得到的解是最优解。为此,将遗传算法与ESO算法揉合在一起,形成了一种新的遗传ESO算法,简称为GESO算法。GESO算法把群体的概念借鉴到ESO中,巧妙地解决了遗传算法费时和ESO易陷入局部最优解的两个问题。实例证明它得到的结果大多优于ESO算法。