水平集拓扑优化方法的改进

基于水平集方法和形状灵敏度分析,采用梯度法实现了柔性目标函数的拓扑优化设计。该方法通过隐含边界水平集方程诱导几何边界演化,引入最大剪应力准则构造拓扑结构。算例表明,采用该方法可以避免拓扑优化过程对初始拓扑结构的依赖性,可以弥补水平集优化方法不能开新孔的缺陷。故该方法在复杂结构和模具优化设计中具有重要意义。     

水平集拓扑优化方法的改进

基于水平集方法和形状灵敏度分析,采用梯度法实现了柔性目标函数的拓扑优化设计。该方法通过隐含边界水平集方程诱导几何边界演化,引入最大剪应力准则构造拓扑结构。算例表明,采用该方法可以避免拓扑优化过程对初始拓扑结构的依赖性,可以弥补水平集优化方法不能开新孔的缺陷。故该方法在复杂结构和模具优化设计中具有重要意义。     

基于混合元胞自动机的结构拓扑优化研究

混合元胞自动机(HCA)算法是一种将元胞自动机原理与有限元分析结合起来的方法。基于HCA思想,研究了应力约束或变形约束下的结构拓扑优化。引入罚函数方法,通过实时调整应变能密度目标值,实现了与CA局部规则的有机结合。通过算例并比较讨论其他方法,证实了文中方法对解决约束条件下的结构拓扑优化设计问题十分有效。     

预应力钢与高强混凝土组合梁有限元分析

目的研究预应力钢与高强混凝土组合梁从加载到破坏的全过程，分析其力学性能，为工程应用提供可靠的理论依据．方法采用大型有限元软件ANSYS，对预应力钢与高强混凝土组合梁进行了空间非线性分析，在组合梁的有限元模型中，钢梁采用壳单元，混凝土采用体单元，混凝土中的普通钢筋通过单元实常数确定，预应力钢筋采用线单元，预加应力通过单元实常数确定。采用弹簧单元考虑了混凝土翼缘板同钢梁间的滑移；采用非线性材料本构模型关考虑了钢材和混凝土的材料非线性特性．结果计算得到了组合梁在不同加载状态的应力、应变，荷载一变形曲线，预应力钢筋增量曲线，滑移沿梁长分布曲线等，并与试验研究进行了比较．分析表明，高强混凝土和钢材的强度都得到了充分发挥．结论计算结果与已有试验结果较为吻合，因此，可以利用有限元方法研究组合梁的工作性能，代替部分试验研究．     

对称双连拱隧道的最优组合设计

对对称双连拱隧道采用连续介质模型并应用ANSYS有限元软件进行结构的最优组合设计.根据ANSYS软件计算所得结果模拟出相应的应力云图,并进行对比分析,得出取P=60°时的对称双连拱隧道模型作为最优组合设计的重要结论.     

复合材料连翼的气动弹性剪裁研究

提出了同时考虑静强度和颤振速度约束的混合约束剪裁方法,以矩形悬臂复合材料层板机翼的算例验证了该方法的有效性.应用MSC/NASTRAN软件的气弹优化模块,对一个真实的复合材料连翼结构,采用分步实现的策略进行了连翼在颤振/发散速度约束下的气动弹性剪裁.结果表明,文中方法可以在满足最小重量要求的同时,满足连翼飞机静强度和颤振/发散速度设计要求.     

拓扑优化方法在拱坝设计中的应用研究

利用拓扑优化方法中的均匀化方法,根据拱坝特点,以体积最小为目标,对拱坝的体形优化进行了研究;基于ANSYS有限元分析软件,对拱坝二维水平拱圈的拓扑优化进行了详细分析,得到了较为满意的结果,这表明拓扑优化方法应用于拱坝体形优化设计是可行的.     

拓扑优化方法在轻卡车身结构改进中的应用

拓扑优化作为结构优化的一门新技术在汽车结构的优化设计中已经得到应用.基于拓扑优化的基本理论以及拓扑优化在汽车结构优化领域的应用现状,建立了轻卡车身的简化模型.根据对车身简化模型拓扑优化的结果,对轻卡车身的加强筋布置提出了建议.     

周公宅拱坝体型优化设计

采用复合形法对周公宅双曲拱坝进行了体型优化设计,优化过程中结构重分析采用有限单元法.综合考虑坝体应力状态与混凝土方量对拱坝进行体型优化设计;还对优化体型进行了五种工况下的拱梁分载法应力校核,并与初始体型结果进行比较分析.结果表明优化后拱坝较初始体型有了显著的改善.     

空腹拱式渡槽主拱圈轴线的优化设计

本文提出了用N次抛物线推求空腹拱式渡槽主拱圈拱轴线以及考虑不同荷载组合时对拱轴线进行调整的方法。该法可根据不同上部结构布置情况构造出一条与压力线相当逼近的最优拱轴线,使主拱圈具有良好的受力状态。     

并行模拟退火算法在拱坝体形优化中的应用

介绍了近年发展起来的模拟退火算法,探讨了模拟退火算法的并行化。在4台PC机搭建的并行环境下,用一个简单的数值计算例子对并行模拟退火算法进行TN试,测试结果表明并行计算明显提高了模拟退火算法的运算速度。最后,把并行模拟退火算法应用于拱坝的体形优化。     

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。     

预应力索-桁架结构拓扑优化设计

对包括索力值、构件截面尺寸和结构拓扑的预应力索-桁架结构优化设计进行研究.以应力为约束条件,建立以结构质量为目标函数的数学模型.在求解方法上,首先建立求解索力值和构件截面尺寸的线性规划模型;证明了在每个迭代步中,该模型的最优解至少使得1个构件截面尺寸为零,并通过删除零力杆实现结构的拓扑优化设计.算例结果与相应体系理论相吻合,表明本文所提出的方法有效,可为预应力索-桁架结构提供合理的布局.     

桁架结构尺寸和形状、拓扑的渐进优化方法

提出了一种求解桁架结构尺寸，形状和拓扑组合优化的渐进优化方法。将优化问题分解为拓扑优化和尺寸、形状优化两个子问题分层求解。通过连续化的拓扑变量和近似方法构造了拓扑变量灵敏度系数计算式，由拓扑变量灵敏度系数识别和删除杆件单元。结构尺寸、形状优化采用准则法和渐进移点法的组合方法。分层优化时，在桁架中加上所有可能的杆件，先进行尺寸、形状优化，再进行拓扑优化，随后二者交替进行迭代，迭代过程的结构重量最小值即为最优解。算例表明了文中方法的有效性，以及组合优化最优解不一定是杆件数目较少的解。     

基于拓扑和尺寸组合优化的ATV车身轻量化研究

针对车身结构在概念设计阶段出现的拓扑优化结果不连续,结构优化设计周期时间长等问题,基于optistruct优化软件,提出一种拓扑和尺寸组合优化模型.该模型可以同时进行尺寸优化和拓扑优化设计,得到车身蒙皮优化尺寸和最优的车身骨架加载路径,同时缩短了结构的概念设计阶段的设计周期.以ATV车身的结构优化设计为研究对象,对比优化前后的分析结果,在不降低结构性能的前提下优化后的结构减重105.5kg,验证了该方法的可行性.     

结构拓扑优化设计的发展、现状及展望

指出结构拓扑优化设计的难点，回顾了它的发展概况，进而总结了离散变量结构的拓扑优化和连续体结构的拓扑优化的一些算法，并对结构拓扑优化的发展方向提出了展望。