多索预应力桁架结构优化设计

对影响多索预应力桁架结构优化设计的变量,包括索力值和截面尺寸进行研究。考虑了预应力作用阶段及预应力和荷载共同作用阶段的性态约束条件,建立了以结构重量最小为目标函数的数学优化模型。在求解方法上,用满应力准则法确定索力值和截面尺寸并将索力值的求解转化为线性规划模型。算例表明,方法具有较好的计算效率和收敛性。     

基于双向渐进结构优化方法的泵车支腿拓扑优化

以有限元软件ANSYS为平台进行二次开发,实现基于名义应变能密度的双向结构渐进优化法.将以最大应力为约束、以重量最小为目标的双向结构优化方法应用到泵车后支腿的轻量化设计中.得到较好的优化结果.结果表明,双向渐进结构优化法能够用于指导箱型结构轻量化设计.     

基于全局优化设计的桁架结构优化设计研究

桁架结构优化设计中普遍存在约束的作用.现有优化设计一般采用满应力法和遗传优化等优化方法,编程复杂.本文介绍了优化设计软件LINGO10.0的功能、特点、使用方法和使用注意事项等,建立了桁架结构优化设计的数学模型.采用LINGO软件的全局优化方法求解.实例计算表明,采用LINGO的全局优化方法能获得全局优化解,且方法简单,值得推广应用.     

基于拟满应力遗传算法的桁架结构形状优化设计

以拟满应力法和改进遗传算法为基础,提出了一种可以解决具有连续变量和离散变量的桁架结构形状优化问题的拟满应力遗传算法。该算法既充分利用了遗传算法全局寻优能力强的特点,也发挥了力学准则法局部寻优长处,具有很高的搜索效率。用拟满应力遗传算法解决15杆桁架结构形状优化问题的结果表明,这是一种解决具有连续、离散混合变量的桁架结构优化设计问题的很有效方法。     

平板网架结构综合优化设计

同时选取平板网架的高度、网格数及杆件截面面积、结点体积作为设计变量,以网架的总造价最低为目标函数,按新规范要求对网架的外形及杆件截面面积、结点体积进行综合优化设计,并考虑了竖向及水平地震作用,提出了网架抗震设计的建议.内力分析采用空间桁架位移法,优化方法采用直接试验法的网格法和广义满应力准则法相结合的方法,并编制了SPCOD(FOR.TRAN 77)程序,在Sun75GX工作站上实现.该法与传统设计相比,可节约造价10%左右.     

基于结构优化的张弦立体桁架经济性分析

在截面面积和索力值优化设计的基础上,建立以最小造价为目标函数的优化模型,参考市面上各种钢管和钢绞线的报价,提出在考虑结构位移和杆件强度约束下计算钢管直径、厚度的最优造价优化法.最后分别对预应力张弦立体桁架和非预应力张弦立体桁架进行优化,通过算例分析得出预应力张弦立体桁架相对于非预应力张弦立体桁架在经济上的优越性.     

随机地震作用下三维桁架结构拓扑优化

建立了以结构体积最小为目标、指定节点响应方差为约束的优化模型,采用时域显式法分析了随机地震作用下结构响应及其灵敏度,并结合全局收敛的移动渐进线法(GCMMA)求解了结构拓扑优化问题,最后通过三维桁架结构数值算例验证了该拓扑优化的可行性。     

基于结构优化的张弦立体桁架经济性分析

在截面面积和索力值优化设计的基础上,建立以最小造价为目标函数的优化模型,参考市面上各种钢管和钢绞线的报价,提出在考虑结构位移和杆件强度约束下计算钢管直径、厚度的最优造价优化法。最后分别对预应力张弦立体桁架和非预应力张弦立体桁架进行优化,通过算例分析得出预应力张弦立体桁架相对于非预应力张弦立体桁架在经济上的优越性。     

基于ANSYS的结构优化设计方法

利用ANSYS结构优化模块对桁架系统进行动力优化,求出了在满足应力和基频条件下整体结构的最轻质量.由结果可以看出,该种分析方法科学准确,为具体工程实践提供了理论指导依据.     

基于离散变量的桁架结构截面优化及软件实现

以杆件横截面为设计变量,以结构重量为目标函数,采用基于离散变量的序列两级优化方法对桁架结构进行优化设计;在优化设计过程中采用了0阶修正,并且利用PCL语言在有限元软件MSC．NASTRAN和MSC．PATRAN上开发出了解决含应力约束和位移约束的桁架结构离散截面优化问题的程序。     

基于改进序列线性规划法的空间桁架结构优化设计

在空间桁架的优化设计中,仅把截面面积作为设计变量并不能得到结构的最优解。只有把桁架结构的截面面积和节点坐标作为设计变量,才能大幅降低结构重量及造价。空间桁架结构的优化设计多为复杂的非线性问题,序列线性规划法是解决非线性规划问题的典型算法。本文作者将改进的序列线性规划法结合SAP2000 API功能,对空间桁架进行优化设计。数值结果表明,改进的序列线性规划法具有良好的收敛性和稳定性,可以有效地进行空间桁架结构的形状优化设计。     

Reliability-based optimization of steel truss arch bridges

A reliability-based optimization approach is developed and applied to minimize the weight of steel truss arch bridges subject to probabilistic (the overall probability failure of the structure) and deterministic (stress and deflection) constraints. The method intelligently integrates the genetic algorithm (GA), the finite element method and the first order reliability method. A real-coded/integer-coded method is used to realistically represent the values of the design variables. Three GA operators consisting of constraint aggregate selection procedure, arithmetic crossover, and non-uniform mutation are proposed. The finite element method (FEM) and the first order reliability method are used to compute the value of the probabilistic and deterministic constraint functions. A numerical example involving a detailed computational model of a long span steel arch bridge with a main span of 550 m is presented to demonstrate the applicability and merits of the present method. Finally, several important parameters in the present method are discussed.     

Structural optimization of thin-walled tubular trusses using a virtual strain energy density approach

The present paper deals with the weight minimization of tubular trusses subjected to multiple loads under size, stress and buckling constraints. The applied optimization procedure is based on a virtual strain energy density approach developed by the first two authors, already tested in plane and space truss structures. The key point of the method is the activation of at least one of the imposed displacement constraints. In case where such limitations are absent, a dummy displacement constraint is introduced instead, which iteratively sustains corrections until convergence is achieved within the desirable tolerance. The efficiency and practicability of the proposed method was tested in typical cases of tubular truss structures. For reasons of comparison, the same cases were also optimized using Sequential Quadratic Programming (SQP), which is a powerful mathematical programming optimization method. The results revealed that the proposed method performs very well in terms of convergence, of required number of iterations and of optimum tracing, while the value of the introduced dummy displacement constraint has insignificant effect on the optimization procedure.     

基于可靠度指标的桁架优化研究

利用加权线性响应面法计算结构杆件可靠度指标,将可靠度指标作为桁架优化约束条件,用改进粒子群算法进行桁架截面优化,通过经典10杆平面桁架截面优化算例,与已有文献进行对比,为工程实践提供理论借鉴。     

基于SAP 2000 API功能的桁架结构优化设计

将改进的序列线性规划法和SAP 2000最新推出的API功能相结合,两者互动对桁架进行优化。其数学模型以设定截面形式的杆件的面积和桁架节点坐标为设计变量,以结构的最小重量为目标函数,以杆件的强度、刚度、稳定性、构造要求以及结构整体挠度为约束条件。优化后结构重量降低13·81%,优化效果显著。     

空间结构节点的拓扑优化与增材制造

在简要介绍连续体结构拓扑优化的数学描述和数值算法的基础上,建立一空间结构节点模型,利用优化软件OptiStruct对节点进行单工况和多工况下的拓扑优化设计。详细讨论了棋盘格控制、SIMP法密度插值惩罚系数等参数设置以及对称约束、成员尺寸约束等工艺制造约束对优化结果的影响。经多次尝试比较得到受力合理、外观简洁且具有设计美感的优化节点模型,并利用熔融沉积制造技术完成采用聚乳酸材料的节点打印。文中进一步讨论了实际工程中利用增材制造（3D打印）技术对优化模型进行制造成型的可行性。目前易于实现的途径是将增材制造和传统制造工艺结合起来,如利用3D打印制作复杂铸钢节点的模具、3D打印蜡模进行失蜡铸造等。     

Total Optimal Synthesis Method for Truss Structures Subject to Static and Frequency Constraints

Abstract: In a previous study, we presented an efficient optimal structural synthesis method for truss structures in which the design variables are coordinates of the panel points, cross-sectional areas, and discrete material kinds subjected to stress and displacement constraints. In this paper, the synthesis method is extended to solve design problems subject to stress, displacement, and fundamental natural-frequency constraints. The design problem is formulated in terms of discrete material kinds and continuous shape and sizing variables and which are approximated by a convex and separable subproblem. The approximate subproblem is expressed in direct and/or reciprocal design variables and shape, material, and sizing sensitivities. Each subproblem is solved by a two-stage minimization process. In the first stage, the continuous shape and sizing variables are optimized by a dual method. Second, the discrete material and continuous sizing variables are improved by a discrete sensitivity analysis. Using the proposed two-stage minimization procedure, both the discrete material kinds and the continuous shape and sizing variables can be systematically improved to obtain an optimal solution. The rigorousness, reliability, and efficiency of the method are illustrated by applying it to the minimum cost design of truss structures subject to stress, displacement, and fundamental natural-frequency constraints.     

基于MATLAB的桁架结构优化设计

介绍了基于BP神经网络的全局性结构近似分析方法 ,解决了结构优化设计问题中变量的非线性映射问题。在此基础上 ,利用改进的遗传算法 ,对桁架结构在满足应力约束条件下进行结构最轻优化设计。利用Matlab的神经网络工具箱 ,编程求解了三杆桁架优化问题。     

基于遗传算法的钢框架优化设计

根据结构优化设计的基本流程,以最轻重量为目标函数,以杆件截面积为设计变量,以现行规范中的强度、刚度、位移限值为约束条件建立了钢框架的优化模型,采用遗传算法结合工程实例进行分析,证实该方法在结构优化设计中的可行性,可供设计参考。