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.     

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.     

关于桁架结构拓扑与布局优化设计的若干问题

本文通过简单的数值算例对桁架结构拓扑与布局优化的实质进行了深入的探讨，指出了当前一些观战的不完全之处，得到了一些有价值的结论，对今后拓扑与布局优化的研究可以起到借鉴的作用。     

关于拓扑优化中最优解“奇异”现象的讨论

本文指出了桁架结构拓扑优化中存在的最优解“奇异”的现象，对其出现的原因进行了剖析，通过简单的数值算例，说明了当前的一些拓扑优化方法均不能克服最优解“奇异”这个难点。     

离散变量刚架结构拓扑优化设计的一种新方法

以刚架结构为研究对象，提出一种遗传算法和拟满应力算法相结合的杂交算法，来解决离散变量结构拓扑优化设计问题。利用遗传算法进行刚架结构拓扑优化，用拟满应力算法进行截面优化，可充分发挥两种算法各自的优势，从而加快搜索进程。拓扑优化过程中，在对刚架结构受力分析的基础上，设计了一些启发式技术，使得遗传算法的初始种群中含有足够数量的可行个体，同时对遗传操作过程做了一些改进，从而有效地提高了遗传算法求解的效率和质量。     

输电塔结构的拓扑优化设计方法

目的 为提出一种高效的输电塔结构拓扑优化方法和简单实用的用户操作界面.方法 在蚁群优化思想的基础上,采用逻辑变量表示节点间是否有杆件连接,将结构拓扑优化问题转换成为经典的旅行商问题,成功实现了输电塔结构在离散系统下的拓扑优化.基于MATLAB系统平台,编写了输电塔结构拓扑优化设计程序和用户界面.结果 通过对两个经典拓扑算例的演算,证明了蚁群算法在设计平面和空间输电塔桁架结构时具有很好的拓扑优化效果和工程实用价值.结论 笔者提出的基于蚁群算法的输电塔结构拓扑优化数值模拟结果,明显优于其他拓扑优化方法,程序实现了输入数据和输出结果规范化和可视化的要求.     

基于离散变量的双层网壳结构拓扑优化设计

以工程造价为目标函数 ,建立了包含截面、节点体积和拓扑三类变量的离散变量双层网壳结构拓扑优化数学模型 ,该模型考虑了截面变量与拓扑变量间的耦合关系 ,反映了拓扑优化问题的组合优化本质。同时采用相对差商法及有限元设计软件ALGOR对基于离散变量的双层空间网壳结构进行拓扑优化 ,并通过算例验证该优化方法的可行性和有效性。     

基于离散变量的双层网壳结构拓扑优化设计

以工程造价为目标函数,建立了包含截面、节点体积和拓扑三类变量的离散变量双层网壳结构拓扑优化数学模型,该模型考虑了截面变量与拓扑变量间的耦合关系,反映了拓扑优化问题的组合优化本质.同时采用相对差商法及有限元设计软件ALGOR对基于离散变量的双层空间网壳结构进行拓扑优化,并通过算例验证该优化方法的可行性和有效性.     

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。     

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．     

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。     

Robust Topology Optimization of Vehicle Suspension Control Arm

A robust topology optimization design framework is developed to solve lightweight structural design problems under uncertain conditions. To enhance the calculation accuracy and flexibility of the statistical moments of robust analysis, number theory integral method is applied to sample point selection and weight assignment. Both the structure topology optimization and number theory integral methods are combined to form a new robust topology optimization method. A suspension control arm problem is provided as a demonstration of robust topology optimization methods under loading uncertainties. Based on the results of deterministic and robust topology optimization, it is demonstrated that the proposed robust topology optimization method can produce a more robust design than that obtained by deterministic topology optimization. It is also found that this new approach is easy to apply in the existing commercial topology optimization software and thus feasible in practical engineering problems.     

直驱双摆角铣头支架的拓扑优化设计

以变密度法作为理论基础,运用ANSYS工具提供的结构拓扑优化模块,进行直驱双摆角铣头的关键零部件的连续体结构拓扑优化.然后根据拓扑优化结果对其进行结构的近似修改,再分析直到达到设计要求.在刚度基本保持不变情况下,优化后的体积比原设计体积大大减小.     

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.     

基于连续体拓扑优化的网壳结构鲁棒构型分析

为了对网格结构进行鲁棒性定量分析及找出鲁棒构型,以系统传递函数的H2范数作为结构鲁棒性的定量评价指标和优化目标;以单元相对密度为设计变量,采用固体各向同性惩罚微结构(SIMP)模型描述材料的刚度,建立鲁棒设计的数学模型,将结构的鲁棒性设计转化成连续体拓扑优化;引入保留精英种群的思想,并将大爆炸算法扩展应用在质点系优化中,求得全局最优解.以四点支承双曲扁网壳为例,分析了不同荷载条件下拓扑优化得到的鲁棒构型.结果表明：大爆炸算法可以有效地应用于连续体拓扑优化的鲁棒性构型设计中;以鲁棒构型为准则的正交斜放双曲扁网壳结构优于正交正放双曲扁网壳结构;结构的鲁棒构型可以明确结构的传力路径,对结构的杆件布置和截面设计具有指导作用.     

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。     

随机变量下的热传导结构拓扑优化设计

研究具有随机变量的稳态热传导结构在散热弱度约束下的拓扑优化设计问题．建立了以单元相对导热系数为设计变量,导热材料体积极小化为目标函数,满足散热弱度可靠性指标为约束条件的稳态热传导结构的拓扑优化设计数学模型．基于随机因子法,利用代数综合法推导出散热弱度的数字特征的计算表达式．采用渐进结构优化方法(Evolutionary Structural Optimization,ESO)求解,并利用过滤技术消除优化过程中的数值不稳定性现象．通过两个算例验证文中模型及求解策略、方法的合理性和有效性．     

Structural topology optimization: Extensibility and attainability

Extensibility and attainability of topology optimization are discussed by investigating a variety of simultaneous topology opti-mization methods extended from the standard formulation. First, the state of the art is highlighted through systematic classification of developed methods, such as simultaneous topology optimizations of microstructure and macrostructure, structure and supports, structure and design-dependent loads, structure and locations of involved components. Second, some recent results about simultaneous topology optimization of structure and applied loads are presented. It is shown that the simultaneous topology optimization is an integrated methodology that extends the concept of standard topology optimization in the sense of systematic design. The presence of more than one kind of design variable of different nature makes the optimization problem complex but enlarges the design space to attain the optimization.     

基于独立连续变量和复合指数函数的位移约束平面连续体结构拓扑优化

为了进一步研究连续体结构拓扑优化模型的合理性和可行性,基于独立、连续、映射( independent continuous mapping,ICM)方法,在满足结构位移约束的条件下,通过引入复合指数形式过滤函数对位移约束下质量最小化( minimum weight with a displacement constraint,MWDC)模型进行了改进,建立了基于独立连续变量和复合指数函数的位移约束平面连续体结构拓扑优化模型,并进行了优化求解。同时,利用M语言,基于Matlab软件平台,开发了相应的拓扑优化计算程序,并针对4种典型平面连续体结构进行了数值验证,分别比较分析了体积约束下的柔顺度最小化( minimum compliance with a volume constraint,MCVC)模型、MWDC模型以及改进的MWDC模型所得到的最优拓扑结构。数值结果表明：采用复合指数形式过滤函数改进的MWDC优化模型迭代次数更少,优化求解计算效率更高。