拓扑优化方法的研究进展及在水工结构设计中的应用

拓扑优化是目前结构优化领域研究的热点,也是结构优化学科发展的方向,但目前国内对拓扑优化方法在水利工程中的应用研究很少,为此,介绍了拓扑优化方法产生的背景及发展过程,通过对水工建筑物中最常见的混凝土重力坝剖面进行拓扑优化设计,并利用有限元分析软件ANSYS得出拓扑优化结果,表明了用拓扑优化方法进行剖面设计是可行的。     

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。     

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.     

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...     

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。     

基于退火遗传算法的弧形闸门优化系统的开发及应用

阐述了退火遗传算法应用在弧形闸门结构优化的原理和步骤,使用有限元软件ANSYS建立了某水库溢流表孔弧形闸门三维有限元模型,提出使用VB封装ANSYS的方法开发出弧形钢闸门结构优化系统。利用该系统对比了普通遗传算法与退火遗传算法的优化结果,并且研究对几组不同的弧形钢闸门优化参数组合进行结构优化的结果,探讨了不同参数在弧形闸门结构优化中的作用。     

基于ANSYS Workbench的水电站坝后浅埋管响应曲面优化分析

采用ANSYS Workbench有限元分析软件,建立了李家峡水电站坝后浅埋管的三维实体模型和有限元模型,对其进行静态分析。以浅埋管钢衬厚度、钢筋折算厚度为设计变量,以其最大等效应力、最大变形量、钢衬和钢筋总体积为目标函数建立优化设计的数学模型,进行了浅埋管响应曲面的优化分析;最后对优化前后的分析结果进行了对比分析。结果显示,结构优化后可以有效地提高压力管道的设计质量,降低工程造价。     

滚水坝断面拓扑优化

以碗牛坝工程为例,以ANSYS12.0为平台,结合APDL语言,利用ANSYS自带的拓扑优化模块,即变密度法对滚水坝断面进行拓扑优化。通过计算可知,优化后滚水坝坝体应力和位移均满足设计要求,利用砂石料等低强度材料来填筑坝体低应力区,降低了坝体工程费用。由此表明,拓扑理论应用于滚水坝断面优化设计是可行的。     

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。     

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。