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1.
用ICM法拓扑优化静位移及频率约束下连续体结构 总被引:8,自引:1,他引:8
用ICM方法建立了静位移及频率约束下、重量最小为目标的连续体结构拓扑优化模型。采用独立于截面及形状参数的连续拓扑变量,借助于过滤函数,位移约束用莫尔定理显式化,频率约束用瑞利商求导数借助模态动能及模态应变能近似显式化。用图形过滤处理的方法解决了棋盘格及网格依赖问题。通过构造适当的过滤函数有效地防止了局部模态问题。动态引入防止模态交换的频率约束条件,使迭代过程不发生振荡。算例表明:用ICM方法建立的模型在处理多工况静位移约束、多频率约束及解决局部模态及模态交换等问题上有优势。 相似文献
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针对频率约束和结构重量最小的动力拓扑优化问题, 基于(independent continuous mapping, ICM)独立、连续、映射方法,建立了频率约束下的三维连续体拓扑优化模型. 利用瑞利商和一阶泰勒展式对频率约束进行了显式化处理,并采用幂函数与复合指数函数作为过滤函数,将优化模型进行了标准化转换, 利用对偶理论及数学规划法进行了求解. 另外,利用质量矩阵和刚度矩阵过滤函数比值与动态约束处理了局部模态和模态交换等数值问题. 最后,通过应用两类不同过滤函数的数值算例表明了文中模型及方法在处理动力拓扑优化问题上的合理性与有效性. 相似文献
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连续体结构屈曲约束的ICM方法拓扑优化 总被引:4,自引:2,他引:2
基于ICM(独立、连续、映射)方法解决具有屈曲约束的连续体拓扑优化问题。建立以结构重量为目标,以屈曲临界力为约束的拓扑优化模型;采用独立的连续拓扑变量,借助泰勒展式将目标函数作二阶近似展开;借助瑞利商、泰勒展式、过滤函数将约束化为近似显函数,避免了灵敏度的计算;将优化模型转化为对偶规划,并利用序列二次规划求解,减少了设计变量的数目,缩小了模型的求解规模。给出三个算例,结果表明:该方法可有效地解决屈曲约束的连续体拓扑优化问题,能够得到合理的拓扑结构,并有较高的计算效率。 相似文献
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本文利用ICM(独立、连续、映射)方法建立了频率约束下平板结构重量最轻的拓扑优化模型。采用指数函数作为单元重量、单元质量及单元刚度的过滤函数。通过瑞利商对刚度过滤函数倒变量的泰勒一阶展式,将频率约束近似显式化。利用对偶理论将含有大量设计变量的约束优化模型转化为易于求解的少设计变量拟无约束优化模型,通过序列二次规划将转化模型进行求解,提高了求解的效率。本文选择MSC.Patran&Nastran软件及PCL二次开发语言构架了平板结构频率约束拓扑优化问题的软件。数值算例表明:本文的方法具有迭代稳定性和收敛高效性。 相似文献
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简谐力激励下结构拓扑优化与频率影响分析 总被引:1,自引:0,他引:1
研究了简谐力激励下以结构指定位置稳态阶段位移响应幅值为目标函数、结构体积为约束的拓扑优化设计问题. 通过在频域上使用模态叠加法求解简谐力激励下的位移响应, 分析了激励频率和作用方向对位移响应幅值及其优化结果的影响.引入材料属性的多项式插值惩罚模型, 有效消除了动力学拓扑优化局部模态现象.分析了高频激励下位移响应幅值拓扑优化存在的稳定性差、结构不连续等问题, 并通过引入附加静位移约束, 获得了清晰合理的结构形式.理论分析和算例结果揭示了位移响应幅值优化过程中结构模态的变化规律, 验证了该拓扑优化模型的有效性. 相似文献
6.
多约束作用下连续体结构的拓扑优化 总被引:2,自引:1,他引:1
基于ICM(独立、连续、映射)方法建立了以结构重量最小为目标,以屈曲临界力、位移及应力三种约束同时作用的连续体拓扑优化模型:采用独立的连续拓扑变量,借助泰勒展式、过滤函数将目标函数作二阶近似展开。借助瑞利商、泰勒展式、过滤函数将屈曲约束化为近似显函数,借助于过滤函数,将位移约束用莫尔定理显式化;将应力这种局部性约束采用全局化策略进行处理,即借助第四强度理论、过滤函数将应力局部性约束转化为应变能约束,大大减少了灵敏度分析的计算量;将优化模型转化为对偶规划,减少了设计变量的数目,并利用序列二次规划求解,缩小了模型的求解规模。数值算例表明,ICM方法在解决屈曲、位移及应力三种约束共同作用的连续体拓扑优化问题上有优势。 相似文献
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应力约束全局化策略下的连续体结构拓扑优化 总被引:4,自引:0,他引:4
利用Mises强度理论,提出了应力约束全局化策略,将局
部的应力约束问题转化为结构整体的应变能约束问题. 基于ICM(独立、连续、映射)方法,
引入了独立、连续的拓扑变量,对单元重量、单元刚度和单元许用应力的过滤函数进行了选
择,建立了以重量为目标,以结构应变能代替应力约束的多工况下连续体结构拓扑优化模型,
寻找到了多工况下的最佳传力路径. 运用对偶二次规划方法对上述优化模型进行了求解. 另
外,利用PCL语言,在MSC/PATRAN的开发平台上,实现了应用应力约束全局化策略进行连
续体结构拓扑优化的模块化处理. 数值算例表明了该方法的可行性和有效性. 相似文献
8.
连续体结构拓扑优化应力约束凝聚化的ICM方法 总被引:4,自引:2,他引:4
为克服应力约束下拓扑优化问题约束数目多、应力敏度计算量大的困难,提出
了应力约束化凝聚化的ICM方法. 在利用Mises强度理论将应力约束转换成应变能约束后,
提出了应力约束凝聚化的两条途径:其一为应力全局化的方法,其二为应力约束集成化的方
法. 由此建立了多工况下以重量为目标、以凝聚化应变能为约束的连续体结构优化模型,并
利用对偶理论对优化模型进行了求解. 4个数值算例表明:该方法具有较高的计算效率,得
到的拓扑结构比较合理,不仅适用于二维连续体结构,也适用于三维连续体结构. 相似文献
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ICM (Independent Continuous Mapping) method can solve topological optimization problems with the minimized weight as the objective
and subjected to displacement constraints. To get a clearer topological configuration, by introducing the discrete condition
of topological variables and integrating with the original objective, an optimal model with multi-objectives is formulated
to make the topological variables approach 0 or 1 as near as possible, and the model reduces the effect of deleting rate on
the result. The image-filtering method is employed to eliminate the checkerboard patterns and mesh dependence that occurred
in the topology optimization of a continuum structure. The computational efficiency is enhanced through selecting quasi-active
displacement constraints and a design region. Numerical examples indicate that this algorithm is robust and practicable, though
the number of iterations is slightly increased with respect to the original algorithm.
The project supported by the National Natural Science Foundation of China (10472003), Beijing Natural Science (3002002) and
Beijing Educational Committee Foundations (KM200410005019) and Suspensoried by American MSC Company. The English text was
polished by Keren Wang. 相似文献
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基于多相材料的稳态热传导结构轻量化设计 总被引:1,自引:0,他引:1
在多相材料的结构拓扑优化问题中,通常给定各相材料体积约束或材料总重量约束作为材料的控制用量.在结构轻量化设计的实际工程背景下,以结构总重量最小化为目标的优化模型具有明确的工程意义.针对含多相材料的稳态传热结构拓扑优化问题,提出了以结构总重量最小化为目标和给定热柔顺度为约束的多工况连续体结构拓扑优化建模方法.遵循独立连续映射建模方式,采用两类独立拓扑变量分别表征单元热传导矩阵和单元重量状态.推导了热柔顺度和总重量对设计变量的敏度,基于一阶和二阶泰勒展开得到各自的近似表达式.通过求解偏微分方程,实现了约束函数一次项过滤,消除了棋盘格现象和网格依赖性问题,并保证了约束方程在过滤后严格成立.建立的近似优化模型具有二次函数形式的目标函数和一次函数形式的约束函数.基于对偶序列二次规划方法对优化模型进行求解直至收敛.通过四个三维结构数值算例分析对比了热柔顺度约束限值、不同材料混合及多工况、多约束条件对优化结果的影响.数值算例结果表明,本文提出的优化方法在基于多相材料的多工况稳态热传导结构轻量化设计中具有可行性和有效性. 相似文献
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连续体结构考虑离散性目标的ICM方法 总被引:7,自引:1,他引:7
为了使求解位移和应力约束下重量最轻的连续体结构拓扑优化问题的ICM(独立连续映射)方法得到更清晰的拓扑形式,引入拓扑变量离散性条件作为目标之一,与原目标组成多目标规划模型,使拓扑变量向0或1两端靠近,减小了删除率对结果的影响;用图形处理方法消除了棋盘格现象及网格依赖性;通过初选准有效约束及选择设计区域等,提高了求解效率。算例表明:改进后的算法虽然迭代次数比原算法略多,但更稳键,更实用。 相似文献
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统一骨架与连续体的结构拓扑优化的ICM理论与方法 总被引:25,自引:5,他引:20
技术了基于ICM方法的结构拓扑优化新模型并应用于骨架与连续体结构。ICM方法意指独立、连续变量与映射及其反演。新模型将两种结构统一建立了具有重量目标函数和多工况下应力与位移约束下的优化问题,提出的过滤函数是ICM方法的关键技术之一。说明了优化策略与算法。 相似文献
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约束阻尼结构能有效减振, 但会增加结构的质量和体积, 基于此有必要对其
结构进行优化. 本文应用有限元软件ANSYS建立增设支撑层的约束阻尼梁模型, 根据模态应
变能原理提取约束阻尼梁的模态损耗因子, 并建立以阻尼段长度、约束层厚度、支撑层厚度、
阻尼段数目为设计变量的目标函数, 利用MATLAB多目标遗传算法进行优化运算. 计算结果表
明, 优化后的约束阻尼结构能够在引入质量较小情况下有效减小梁振动幅度, 使振动在较短
的时间内衰减. 相似文献