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.     

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。     

基于MSC.Nastran-optishape拓扑优化的应用研究

阐述和分析了拓扑优化的基本概念及均匀化方法的基本理论,运用拓扑优化软件MSC.Nastran-optishape对二维平面结构及三维实体结构进行了拓扑优化分析与研究,结果表明,运用该方法对结构进行拓扑优化是一种十分有效的优化方法.该方法可以广泛的应用于工程实际,对机械结构及零部件等轻量化的概念设计具有非常重要的理论和现实意义.     

基于畸变比能全局化策略的应力拓扑优化

针对受体积约束的应力最小化连续体结构拓扑优化,提出一种改进的双向渐进结构优化方法. 使用Kreisselmeier-Steihauser函数建立畸变比能的全局化函数,以克服应力优化计算量大的难题. 利用伴随变量法求解单元灵敏度,并引入灵敏度过滤及修正方法稳定优化过程. 双向渐进结构优化方法通过逐渐增加和删除单元,使结构进化至最优构型. 3个典型的拓扑优化算例结果表明：提出的方法可有效提升应力拓扑优化的计算效率;与柔度最小化拓扑优化相比,使用适当的凝聚函数参数消除了结构中的应力集中效应,最优设计中的最大应力值较原设计有不同程度下降,提高了结构的强度. 双向渐进结构优化方法使用离散设计变量避免了应力奇异现象,拓扑优化结果的边界清晰.     

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.     

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。     

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.     

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。     

基于双剪统一强度理论的刚性结构物竖直土压力计算

采用双剪统一强度理论,考虑中间主应力的影响,对沟内埋管的竖直土压力进行计算,得到了刚性结构物的竖直土压力的统一解。该统一解具有普遍性,既适用于拉压强度不同的材料,也适用于拉压强度相同的材料。计算结果表明,当拉压比一定时,随着填土厚度的加深,竖直土压力随着中间主应力系数的增大而减小,即沟壁向上的摩阻力对管顶上土压力的卸荷作用更加明显。应用双剪统一强度理论可以得出更符合土体性质的竖直土压力,可以更好地发挥材料的强度潜能,使其在工程应用中取得显著的经济效益。     

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。     

应变能约束下多随机参数连续体结构的拓扑优化

研究几何和物理参数均为随机变量的平面连续体结构在结构总应变能约束下的拓扑优化设计问题．以结构总质量均值最小化为目标函数,以结构的形状拓扑信息为设计变量,以结构总应变能概率可靠性指标为约束条件,构建了随机结构的拓扑优化设计数学模型．利用代数综合法,导出了应变能响应的均值和均方差的计算表达式．采用双方向渐进结构优化的求解策略．通过两个算例验证了本模型及求解策略的合理性和有效性．     

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。     

房屋加层外套框架结构方案的优化设计

在旧房增层改造中采用外套框架结构体系时,框架型式具有跨度大、底柱高的特点,按常规设计时往往为肥梁胖柱,工程造价高,使用空间较低.本文提出了房屋加层外套框架结构方案的优化设计方法,利用适用于机械制造的优化软件包,编制了用于钢筋混凝土结构的优化程序,程序采用分部优化法,以结构成本为作为目标函数进行优化设计,并结合工程实例作了优化计算.结果表明本文提出的方法能合理地利用材料的性能,协调各构件的几何参数,从而减小工程成本.     

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.     

Evolutionary Topology Optimization for Heat Conduction Fields

An effective evolutionary method for solving the structural topology design problems of heat conductive fields is presented in this paper. The topology optimization model based on minimizing the heat transport potential capacity dissipation of heat conductive field is then established and the corresponding sensitivity of objective function is derived to determine which elements would be removed of the heat conductive field for having the increment of the objective heat transport potential capacity dissipation minimized. A Filtering technique is employed in sensitivity field to eliminate numerical instabilities in the evolutionary procedure. Numerical examples are presented to demonstrate the validity and the engineering applicability of the evolutionary method by contrast with SIMP method, meanwhile we can come to a conclusion that higher speed of convergence and clearer optimal topology distribution without intermediate elements can be attained by using evolutionary strategy, with the results laying a reliable foundation for the subsequent shape and size optimizations in thermal engineering.     

Evolutionary Topology Optimization for Heat Conduction Fields

An effective evolutionary method for solving the structural topology design problems of heat conductive fields is presented in this paper.The topology optimization model based on minimizing the heat transport potential capacity dissipation of heat conductive field is then established and the corresponding sensitivity of objective function is derived to determine which elements would be removed of the heat conductive field for having the increment of the objective heat transport potential capacity dissipation minimized.A Filtering technique is employed in sensitivity field to eliminate numerical instabilities in the evolutionary procedure. Numerical examples are presented to demonstrate the validity and the engineering applicability of the evolutionary method by con- trast with SIMP method,meanwhile we can come to a conclusion that higher speed of convergence and clearer optimal topology dis- tribution without intermediate elements can be attained by using evolutionary strategy,with the results laying a reliable foundation for the subsequent shape and size optimizations in thermal engineering.