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。     

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。     

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。     

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.     

拓扑优化在大型弧形钢闸门优化布置中的应用

采用拓扑优化理论进行水工钢闸门的布置优化，得出了大型钢闸门的合理结构形式：横向框架悬臂段长度为横向主梁长度的0．22倍；纵向框架悬臂段长度为纵向主梁长度的0．39倍。为水工钢闸门的设计提供了一种理性且实用的优化布置方法。     

水工钢闸门结构应力在线监测研究

要验证水工钢闸门在运行工况下的强度是否满足设计要求,需要对水工钢闸门的结构进行应力测试。目前采用在闸门上贴应变片的方法可以近距离短时间的得到应力数据,但要想得到水工钢闸门全寿命周期的应力数据,就需要对水工钢闸门结构进行在线应力监测。本文针对水工钢闸门所处的特殊运行环境,提出了一种可长期且远距离监测应力的方案,经现场试验该方案是可行的。     

东江水利枢纽电站进口检修闸门结构应力有限元分析

应用有限元法对平板闸门进行结构应力分析，并同平面体系计算结果进行比较，结果表明，对水工钢闸门进行结构强度复核时，尤其是对于空间效应较强、结构较为复杂的大型水工钢闸门，空间有限元法更能有效反映闸门的空间效应。     

东江水利枢纽电站进口检修闸门结构应力有限元分析

应用有限元法对平板闸门进行结构应力分析,并同平面体系计算结果进行比较,结果表明,对水工钢闸门进行结构强度复核时,尤其是对于空间效应较强、结构较为复杂的大型水工钢闸门,空间有限元法更能有效反映闸门的空间效应.     

某电站平板闸门的结构应力计算分析

通过对某工程溢流乎板闸门的结构应力计算分析表明，对大型水工钢闸门进行结构强度复核时按照常规的平面体系进行结构计算，其计算结果不能有效反映闸门的空间效应。对于空间效应较强、结构较为复杂的大型水工钢闸门宜用空间有限元来进行计算，并建议在修订现行规范时进行补充。     

水工钢闸门板梁结构尺寸变化对结构刚度的影响

根据近年来对运行几十年的若干水工钢闸门的结构应力检测与计算的总结，提出了应用板梁组合三维有限元程序计算已建水工钢闸门结构应力时存在的结构尺寸变化与结构的刚度变化之间的关系问题，并推导出了这二者之间的关系式。     

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...     

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。     

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。     

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。     

锅炉钢框架抗震结构的多目标多级优化设计

电站锅炉钢架是一种大型复杂的钢结构。将多目标和多级优化设计理论应用于锅炉钢框架的抗震设计中,从安全性和经济性的角度对锅炉钢框架的优化设计进行了研究,通过优化得到一个既经济又安全的合理结构。用两级优化来完成锅炉钢框架抗震结构的优化过程,第一级优化考虑到承载力要求,根据规范提出了强度、刚度、稳定性等方面的约束条件,采用复形法以构件截面尺寸作为设计变量,将结构的整体位移目标函数作为第一级优化目标。第二级优化在第一级优化结论的基础上进行选优,参考规范截面最小尺寸、长细比等要求提出约束条件,利用罚函数法,以截面尺寸作为设计变量,将用钢量作为目标函数进行最优计算,得到一个在满足最大侧移情况下用钢量最小的结构设计方案。最后以某锅炉钢框架实例进行优化分析,并从工程造价,结构抗侧移能力等角度对优化前后的锅炉钢框架结构进行了对比分析,研究结果表明本文提出的理论和方法可以计算锅炉钢框架在最大侧移情况下的最优用钢量,研究结果可供工程设计参考。     

改进的遗传算法在渡槽结构优化设计中的应用

传统的遗传算法存在寻优效率较低、精度不高等缺点。为了解决这些问题,对传统遗传算法进行了改进——采用Fortran语言编制结构优化程序,并将改进后的遗传算法应用于大型预应力矩形渡槽优化设计中。通过对比原设计方案与优化方案的结构安全性及经济性,验证了优化设计方案具有显著的经济效益。结果表明,改进后的遗传算法提高了计算性能和优化效果。     

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。     

左江水利枢纽水坡坡道的结构布置及特点

结合左江水利枢纽通航建筑物实例，介绍了新型通航建筑物水坡坡道的结构布置及结构特点，并介绍了左江水坡的几项优化设计。