渐进结构优化方法及算例

渐进结构优化法(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。其原理是通过将结构中无效或低效的材料逐步去掉,使剩下的结构逐渐趋于优化。与其它优化方法相比,该方法原理简单,计算效率高,工程应用方便。本文阐述了渐进结构优化法的基本原理和具体步骤,并按照各种约束条件详细介绍了该方法在国内外的研究进展和典型范例。     

渐进结构优化方法及算例

渐进结构优化法(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.其原理是通过将结构中无效或低效的材料逐步去掉,使剩下的结构逐渐趋于优化.与其它优化方法相比,该方法原理简单,计算效率高,工程应用方便.本文阐述了渐进结构优化法的基本原理和具体步骤,并按照各种约束条件详细介绍了该方法在国内外的研究进展和典型范例.     

基于Von Mises应力的预应力钢结构拓扑优化设计

为预应力钢结构设计获得最优拓扑构型和索力值, 以结构拓扑和索力值为设计变量, 以Von Mises应力为约束条件, 建立了以结构质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删除低Von Mises应力单元实现结构的拓扑优化以减轻结构质量.算例结果与相应体系受力性能相吻合.     

基于应变能及应力的桥梁结构拓扑优化设计

桥梁结构一般受到恒载和活载的作用,在结构的拓扑优化过程中,必须考虑载荷的变化.导出了涉及桥梁结构恒载和活载的多载荷工况的应变能灵敏度公式,建立了考虑应力和应变能要求的多约束三维结构优化算法.     

基于ESO的反射镜拓扑优化设计

针对目前反射镜拓扑优化存在的局限性和渐进结构优化的优点,提出了用渐进结构优化的方法对镜体进行拓扑寻优。分析了渐进结构优化的原理并进行了改进,同时对比了不同模型和删除参数的影响,对镜体在竖直和水平两种工况下分别进行分析,得到了在复合工况下材料的最佳分布(载荷传递路径),分析了这个结果与现有镜体结构形式的异同,给出了改进建议,根据上述最佳材料分布加以整理,提出了一种多点支撑下的镜体结构形式,对以后相关设计具有一定的参考价值。     

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．     

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。     

基于渐进结构优化法的拱坝结构曲线函数优化

拓扑优化作为结构优化研究领域中的前沿课题和热点问题近年来受到设计人员的重视.其作为后续优化的起点,常见于工程结构的概念设计领域.另外,拓扑优化与后续的尺寸优化及形状优化关系密切.渐进结构优化算法原理简单,概念明确,极大地促进了拓扑优化的发展.本文基于渐进结构优化算法,通过现有的ANSYS软件,采用APDL语言开发了二维厚拱拱坝的拓扑优化程序,实现了拱坝渐进结构优化算法的应用.分析结果验证了拱坝结构二次拱理论的正确性,并分析了不同形式拱在均布荷载下合理的受力轴线.     

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．     

基于ANSYS平台的连续体渐进结构优化设计及其应用

基于ANSYS分析软件平台,在传统的渐进结构优化（ESO）思想的基础上,依据对结构位移灵敏度的分析,较严格地导出了结构的应力灵敏度;并根据荷载的最优传递路线概念提出了一种具有应力约束连续体结构拓扑优化的单元删除策略,从而使得在结构拓扑优化的迭代过程中,最大应力的变化尽可能小,且最优结构所对应的最大应力能控制在容许应力范围之内。若干工程算例的优化结果表明,该方法在结构优化目标质量最轻的前提下计算效率相对较高,且优化结果与工程实际要求较吻合,同时也从数值上验证了该方法的可行性和有效性。     

谐和激励下的连续体结构拓扑优化

在ESO方法的基础上研究了谐和激励下连续体结构的拓扑优化问题。利用模态截断的方法和一些近似手段建立了结构的动响应表达式，并依此提出了结构优化设计评价的性能指标。采用一定的优化准则和进化优化步骤完成优化过程。算例结果表明了所提方法的有效性和合理性。     

平面应力问题的结构拓扑优化

研究了结构拓扑优化设计问题,研究对象是二维平面结构。利用线弹性总理２的进化方法（ＥＳＯ）,针对结构拓扑优化设计所需单元网络密度较大,且优化过程需反复组建刚度矩阵的特点,提出了利用虚拟层合单元进行拓扑优化的方法。数值算例表明,此法简单有效,能够用于结构拓扑优化设计。     

Comparison on construction of strut-and-tie models for reinforced concrete deep beams

With consideration of the differences between concrete and steel, three solutions using genetic evolutionary structural optimization algorithm were presented to automatically develop optimal strut-and-tie model for deep beams. In the finite element analysis of the first method, the concrete and steel rebar are modeled by a plane element and a bar element, respectively. In the second method, the concrete and steel are assigned to two different plane elements, whereas in the third method only one kind of plane element is used with no consideration of the differences of the two materials. A simply supported beam under two point loads was presented as an example to verify the validity of the three proposed methods. The results indicate that all the three methods can generate optimal strut-and-tie models and the third algorithm has powerful capability in searching more optimal results with less computational effort. The effectiveness of the proposed algorithm III has also been demonstrated by other two examples.     

统一强度双向渐进结构拓扑优化方法

在传统渐进结构优化方法基础上,采用统一强度理论提出了一种对各种性能工程材料普遍适用的统一强度双向渐进结构拓扑优化方法。该方法既可以对各向同性材料进行拓扑优化,也可以对实际工程中普遍存在的各向异性材料进行拓扑优化。算例表明,该方法不但适用于土建工程等脆性材料结构拓扑优化设计,而且在各向异性材料加工和模具设计领域具有广泛用途。     

避免MCVC结构拓扑优化模型出现机构的方法

为了避免带体积约束的柔顺度最小化(minimum compliance with a volume constraint,MCVC)模型出现机构,借助带位移约束的重量最小化(minimum weight with a displacement constraint,MWDC)模型,寻找MCVC模型中安全可靠的物理的或者结构性能的参数阈值.99行程序和120行程序分别被用来求解MCVC和MWDC模型.通过对大量出现机构的病态算例进行研究分析发现,当迭代过程中的最大应变能比小于某个阈值时,或者当体积比大于某个阈值时,就可避免机构出现.然而,这2个阈值是依赖于问题的,即对于不同的结构与/或载荷工况,这2个阈值均会取不同的值.在本文测试的算例中,最大应变能比阈值的范围为4.59~12.38,体积比阈值的范围为0.15~0.26.     

钢筋混凝土简支深梁拓扑优化设计方法试验研究

运用拓扑优化辅助完成工程设计是近年的一种新方法.利用钢筋分离模型GBESO获取基于应力均匀化分布的最优钢筋拓扑,为解决钢筋混凝土深梁等二维构件的工程配筋设计难题提供新思路.分别参照该优化算法的解和按中国规范推荐的深受弯构件经验设计方法完成了一组钢筋混凝土简支深梁配筋设计,并进行静力对比试验.结果 表明:钢筋分离模型GB...     

渐进演化类拓扑优化算法的优化准则对比研究

渐进演化类拓扑优化算法的优化准则是影响结构优化结果的关键因素之一。以不同荷载和边界条件下的深梁模型为数值算例,比较了基于不同优化准则的3种算法在优化解和优化效率上的差别。结果表明：对于荷载和边界等条件较简单的构件,采用单向和确定性优化准则的渐进演化类拓扑优化算法能高效地得到最优拓扑,采用概率性优化准则和采用双向优化准则的渐进演化类拓扑优化算法有着更广的适用范围,在荷载和边界等条件较复杂的构件上,同样表现出较强的避免优化畸变的能力和全局寻优能力。对结合概率性优化准则和双向优化准则的遗传双向渐进演化结构优化算法建立了流程图,并进行初步讨论,以期进一步提高渐进演化类拓扑优化算法的实用性和寻优能力。