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。     

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。     

两种多维动态规划算法在梯级水库优化调度中的应用

针对目前大多数改进动态规划算法和智能优化算法应用于梯级水库联合优化调度模型求解时的非全局收敛问题,给出了状态组合遍历和多层嵌套两种多维动态规划算法的求解模式,并从程序复杂度、内存占用以及运行时间等方面对两种方法进行了对比分析,以李仙江流域三库梯级系统为研究背景进行实例计算,得出嵌套结构多维动态规划算法在程序复杂度和内存占用量方面要优于组合遍历多维动态规划算法,但在运行时间方面有所不足的结论。为提高嵌套结构多维动态规划算法的计算效率,将其与并行计算相结合,实例计算表明,并行计算能在一定程度上缓解其运行时间长的缺陷。     

库群长期优化调度的多核并行禁忌遗传算法

针对库群长期优化调度求解效率低下、实用性差等问题,提出了多核并行禁忌遗传算法。该算法利用遗传算法适应性强、运算简单等优势,采用多种群计算方式保持种群多样性,以提高算法的全局收敛能力;在子种群进化过程中应用单向环迁移拓扑模型进行信息交换,以增强算法收敛能力;结合子种群间求解独立的特点,引入多核并行计算策略,并使用禁忌搜索思想避免重复计算适应值,提高了算法的求解效率。红水河流域10座水电站的计算结果表明,该算法可以显著缩短计算时间,获得良好的调度方案,是求解库群长期优化调度的一种有效方法。     

淮安市清隆桥泵站空箱挡墙拓扑优化设计研究

基于拓扑优化设计理论和方法，研究空箱挡土墙结构优化设计问题。以清隆桥泵站进水侧空箱挡土墙为例，以挡墙应变能最小为目标函数，以挡墙结构体积、强度、抗滑稳定、抗倾覆稳定等为约束条件构建拓扑优化计算模型，实现了对空箱挡土墙的结构优化及轻量化设计。利用有限元软件对优化后的结构进行稳定性复核，结果表明空箱挡土墙结构的强度、抗滑稳定、基地应力等指标均满足要求，验证了拓扑优化结果的可靠性，为挡土墙结构优化设计提供参考。     

环形拓扑快速追踪优化算法

针对电气网络中的环形拓扑，提出了一种新的优化追踪算法。在环形网络结构基础上，以有效功率方向为引导，进行拓扑分解与组合。通过串接式拓扑和桥形交叉式拓扑构造子图的讨论，揭示了拓扑死锁效应是因相互依赖关系造成的，因而引入分量交叉的优化追踪思想，并研究了追踪效率与追踪次序的相关性。利用子图监视哨实现了跳跃式追踪的算法流程。对某实际供电系统算例进行拓扑测试，表明优化追踪法比普通的全网追踪算法节省了234 ms，效率提高了74.76%。中小规模系统算例和中大规模系统算例结果表明了所述方法的高效性。     

生成DDA块体相邻面上刚性点对的Voronoi图方法

在高阶DDA用于连续结构的计算分析中,需要在块体之间的相邻面上设置刚性的 “连接点对”将相互独立的块体连接成一个连续的整体。对于多构件的复杂结构,快速均匀布点是一个难点。基于Voronoi图理论,改进了几何法生成Voronoi图的算法,并基于质心法对点的位置进行优化。据此编制了相关程序,并采用算例进行了验证。计算结果表明：该方法可以快速在任意凸多边形内获得分布均匀的一系列点,能方便地应用于三维高阶DDA计算分析。     

基于ANSYS软件的拱坝体型优化探讨

在基本荷载组合情况下，采用以有限元分析为基础的美国ANSYS结构分析软件中的零阶方法对抛物线型拱坝进行体型优化。计算实例结果表明，该方法求解效率高，优化后的坝体应力分布更趋于均匀。