具有频率约束的结构拓扑优化新方法

提出一种基于拓扑组概念的实际方法，去寻求桁架的优化布局，桁架除了基频约束外，还外有应力，位移，欧拉失稳约束，考虑多种载荷情况，并假设每个原有节点的质量不变，优化的费用函数不仅包含构件费用，还包含节点费用。从原始结构着手，通过使用二进制组合算法来产生一系列具有不同节点分布的子结构，即拓扑组，优化之前需检查拓扑组的意义，如果一个拓扑组是无意义的，则被舍去，反之进入求解一个横截面积优化问题，为了避免结果奇异，在优化过程中，给被删去的构件一个微小的截面积，使一个给定的拓扑组的结构维数保持不变，使用一维抛物线插值法解决非线性约束问题，构成算法的一部分。桁架算例验证了解提出的方法的有效性。     

基于遗传算法的网格结构的拓扑优化

遗传算法是一种新兴的基于遗传进化机理的寻优技术。它与常规算法的不同之处在于不受初始值影响、从多个初始点开始寻优，并采用交叉、变异和移民算子避免过早地收敛到局部最优解，可获得全局最优解。该算法不必求导计算，编程简单、快捷，尤其适用于具有离散变量的结构优化设计。本文利用遗传算法对在应力、位移约束下的网格结构进行拓扑优化，利用对称性对杆件进行分组，使优化后的结构模型仍然保持对称，具有工程应用价值，并达到降低造价的目的。计算实例表明了该算法的有效性。     

位移约束下连续体结构拓扑优化分析

为了研究位移约束下多工况连续体结构拓扑优化问题,基于ICM(独立、连续、映射)方法,建立了以结构质量为目标的拓扑优化模型.刊用单位虚载荷法,将位移约束表示为设计变量的显式关系.另外,利用对偶理论,将建立的优化模型转化为对偶模型,用序列二次规划法进行求解,从而减少了设计变量的数目,提高了求解效率.利用PCL语言在MSC/Patran开发平台上对本算法进行了实现,二维和三维连续体结构的数值算例表明了该方法的可行性与有效性.     

计算机网络拓扑结构的优化

针对校园网络的拓扑结构情况及在应用中存在的实际问题，进行网络结构的分析和研究，找到提高网络效益的方法。     

基于遗传算法的网格结构的拓扑优化

遗传算法是一种新兴的基于遗传进化机理的寻优技术.它与常规算法的不同之处在于不受初始值影响、从多个初始点开始寻优,并采用交叉、变异和移民算子避免过早地收敛到局部最优解,可获得全局最优解.该算法不必求导计算,编程简单、快捷,尤其适用于具有离散变量的结构优化设计.本文利用遗传算法对在应力、位移约束下的网格结构进行拓扑优化,利用对称性对杆件进行分组,使优化后的结构模型仍然保持对称,具有工程应用价值,并达到降低造价的目的.计算实例表明了该算法的有效性.     

应力约束下汽车车架结构的拓扑优化设计

为了得到汽车车架的概念化设计,本文基于独立、连续、映射方法,给出了汽车车架结构的计算机辅助优化设计的有效方法．采用应力全局化策略,将局部的应力约束转化为全局的应变能约束问题,建立了以结构质量为目标,应力约束下的汽车车架结构的拓扑优化模型,研究了多工况应力约束下连续体结构拓扑优化问题．另外,利用对偶理论,将建立的优化模型转化为对偶模型,用序列二次规划法进行了求解．对车架结构的数值分析表明了该方法的可行性与有效性．     

改进遗传算法在桁架拓扑优化中的应用

基于桁架拓扑优化,对遗传算法提出了一些改进措施,形成了一种高效综合的遗传算法。在桁架的截面尺寸和拓扑结构混合设计中,对尺寸变量和拓扑变量分别进行二进制编码、交叉和变异,得到桁架拓扑结构和杆件截面尺寸的初解,适当降低尺寸变量编码精度,以加快算法的收敛速度。然后对截面尺寸重新编码,以较高的尺寸精度进行搜索,为了防止陷入局部最优解,取部分初解加入新的父代。算例表明,该算法对离散变量的桁架拓扑优化是快速有效的。     

微电容加速度计多目标结构拓扑优化设计

针对微电容加速度计一阶固有频率和横向抗干扰能力进行多目标拓扑优化设计,建立了微电容加速度计弹性梁和质量块的一阶固有频率最大和横向抗干扰能力最强的多目标结构拓扑优化模型,以体积比作为约束条件,采用优化准则算法进行迭代求解,获得在不同权值下的微加速度计弹性梁和质量块的多种优化的结构拓扑形式,计算结果表明,通过多目标结构拓扑优化设计可以有效地提高微电容加速度计的综合性能.     

应力约束下连续体结构的拓扑优化

为了研究应力约束下连续体结构拓扑优化问题,利用独立、连续、映射方法,对单元质量和许用应力采用不同的过滤函数,建立了以质量为目标,应力约束下的连续体结构拓扑优化模型．引入了新的删除准则,利用二分法得到了自适应的删除率,减少了迭代次数,提高了求解效率．并在MSC／Patran&Nastran软件的开发平台上实现了该算法,分析了结构在拓扑优化前后的应力分布．二维和三维数值算例表明该算法具有可行性和有效性．     

应力约束下连续体结构拓扑优化的ICM方法

为了研究应力约束下连续体结构拓扑优化问题,利用ICM (independent continuous mapping)方法,对单元质量和许用应力采用不同的过滤函数,建立了以质量为目标,应力约束下的连续体结构拓扑优化模型.引入了新的删除准则,利用二分法得到了自适应的删除率,减少了迭代次数,提高了求解效率.在MSC/Patran&Nastran软件的开发平台上实现了该算法,二维和三维数值算例表明了该方法的可行性和有效性.     

连续体结构屈曲约束下拓扑优化的ICM方法

用独立、连续、映射(ICM)方法解决具有屈曲约束的连续体拓扑优化问题．引入独立、连续的拓扑变量,建立以质量为目标,屈曲临界力为约束的连续体结构拓扑优化模型．借助Taylor expansion将目标函数作二阶近似展开;借助Rayleigh’s quotient,Taylor expansion,过滤函数将约束化为近似显函数,减少了灵敏度的计算量将优化模型用对偶规划方法求解,减少了设计变量的数目,缩小了模型的求解规模,得到较为理想的拓扑优化结果．算例表明,ICM方法在屈曲约束的连续体结构拓扑优化中可行性好、效率较高．     

二维连续体薄板结构的拓扑优化分析

为了研究应力和位移共同作用下多工况连续体结构拓扑优化问题,基于ICM(独立、连续、映射)方法,建立了以结构质量为目标,同时包含2类约束问题的量纲一化的拓扑优化模型.采用应力全局化策略,将局部的应力约束转化为全局的应变能约束问题,减少了约束数目,避免了复杂的敏度分析;利用单位虚载荷法,将位移约束表示为设计变量的显式关系.另外,利用对偶理论,将建立的优化模型转化为对偶模型,用序列二次规划法进行了求解,减少了设计变量的数目,提高了求解效率.二维薄板结构的数值算例表明,该方法具有可行性与有效性.     

基于柔性机构的机翼前缘变形多目标优化

全柔性机构用于自适应机翼具有实现其形状的连续平滑变形和轻量化等优点。文章根据机翼前缘在不同飞行状态下气动外形要求,以离散体结构拓扑优化为出发点,以目标形状与实际形状的边界曲线之差最小为优化目标,并考虑机构变形要求和刚性要求等问题,建立了多目标优化函数;采用遗传算法(GA)和双向渐进结构优化法(BESO)相结合,应用于Matlab与Ansys,通过二次优化,获得了稳定的最优解,不仅实现编程模块化,而且提高了优化效率。最后,对结果进行Ansys仿真分析和模型实验验证。结果表明:仿真结果和模型实验结果一致,该方法是可行的。     

桥式起重机主梁腹板结构拓扑优化设计

依据拓扑优化的理论,用先进的拓扑优化方法对桥式起重机的主梁腹板结构形状进行优化,得到了腹板的最优空间拓扑结构.该方法最大限度地布置了腹板材料的布局,得到了良好的优化结果.     

车载网络FlexRay拓扑结构的优化

网络拓扑结构对于汽车安全系统有着重要的影响。该文从新型FlexRay线控刹车网络入手,结合拓扑结构的基本理论和FlexRay的总线特点,由简到繁,渐进式地讨论几种不同的网络拓扑配置,并且逐一比较它们的优缺点,最后引入双主动星型连接器,得出一种可靠精密的结构优化解决方案。     

两吨货车车架的结构拓扑优化设计

以轻量化作为目标函数,刚度和固有频率作为约束条件,对某两吨货车车架进行结构拓扑优化设计,经计算获得满足约束条件的拓扑形态,在此基础上将其进行抽象,提取实际车架模型,并对此模型进行了有限元分析.     

连续体结构拓扑优化的应力约束全局化(英文)

连续体结构拓扑优化面临3个困难:1)基于柔顺度为目标的连续体结构,多工况问题是多目标问题,相比较单工况而言,更难于解决;2)局部性约束问题．如单元应力极限,比全局性约束问题如位移或频率极限,要复杂的多,因为局部约束问题敏度分析计算量巨大．3)载荷病态问题．类似于结构分析中的“总刚病态”,不容易得到最终的合理的拓扑结构,因为考虑到当载荷的大小差距较大时,在迭代过程中,小载荷的传力路径有可能消失．为克服上述困难,采取了如下措施: 1)利用ICM方法建立拓扑优化模型．2)基于von Mises强度理论,所有单元的应力约束转化为结构的应变能约束,即全局的约束代替了局部约束．3)载荷病态被分成3种情况:(a)各工况间有载荷病态,但工况内无载荷病态;(b)仅在某工况内部有载荷病态;(c)各工况间有载荷病态,同时某工况内也有载荷病态．4)采用应力全局化的ICM方法,基于应变能的策略,上述提到的3种载荷病态问题按照不同的方法逐个得到了解决．数值算例说明了用全局应变能约束代替局部应力约束,传力路径更容易得到．用结构应变能代替载荷作为调整系数的方法非常好地解决了载荷病态问题．