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本文提出了一种新的桁架结构拓扑优化设计方法,在该方法中,以杆件内力为设计变量,以由结构力学的基本方程构成的位移、应力等物理量为约束,构成了拓扑优化的线性规划模型。它克服了目前桁架结构拓扑优化的两大困难——预定设计位移场与在拓扑优化过程中无法考虑位移、应力等性态约束。文章最后给出了两个考题,说明了本方法的可行性与有效性。 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
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大多数已有的拓扑优化研究为系统刚度最大化设计,尤其以体积比约束下的静态柔顺度最小化问题为典型.从工程角度出发,结构强度设计至关重要.以往的应力研究表明,应力约束拓扑优化存在着奇异性、约束数目庞大、高度非线性特性等诸多数值困难.为了实现应力约束下的拓扑优化设计,采用归一化p范数应力指标以减少单元应力约束数目.遵循独立连续映射建模方式,引入密度变量的倒变量函数作为设计变量.推导了应力约束函数和体积目标函数对设计变量的敏度,并基于一阶和二阶泰勒近似得到各自的显式表达式.通过构造的系列二次规划子问题,原拓扑优化问题采用序列二次规划算法高效求解.二维数值算例考察了结构刚度和强度设计结果的异同,以及不同应力约束上限值对应力约束拓扑优化结果的影响.通过提出方法与传统变密度法结果的比较,说明提出的独立连续映射方法在应力约束下具有可行性和有效性.优化结果也表明了考虑应力约束的连续体拓扑优化具有必要性. 相似文献
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基于ICM方法的刚架拓扑优化 总被引:14,自引:0,他引:14
将ICM(独立、连续、映射)优化方法应用于刚架结构,建立了以重量为目标函数、考虑多工况下应力和位移约束的刚架结构拓扑优化模型。借助于磨光函数和过滤函数,实现了离散变量和连续变量之间的相互转换。考虑多工况应力拓扑解之间、应力和位移约束下拓扑解之间的协调,得到了合理的结果。文中给出的刚架结构拓扑优化算例表明,刚架结构的拓扑结构不同于桁架或连续体。 相似文献
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基于IGA-SIMP法的连续体结构应力约束拓扑优化 总被引:1,自引:1,他引:0
建立了一种IGA-SIMP框架下的连续体结构应力约束拓扑优化方法。基于常用的SIMP模型,将非均匀有理B样条(NURBS)函数用于几何建模、结构分析和设计参数化,实现了结构分析和优化设计的集成统一。利用高阶连续的NURBS基函数,等几何分析(IGA)提高了结构应力及其灵敏度的计算精度,增加了拓扑优化结果的可信性。为处理大量局部应力约束,提出了基于稳定转换法修正的P-norm应力约束策略,以克服拓扑优化中的迭代振荡和收敛困难。通过几个典型平面应力问题的拓扑优化算例表明了本文方法的有效性和精确性。应力约束下的体积最小化设计以及体积和应力约束下的柔顺度最小化设计的算例表明,基于稳定转换法修正的约束策略可以抑制应力约束体积最小化设计中的迭代振荡现象,获得稳定收敛的优化解;比较而言,体积和应力约束下的柔顺度最小化设计的迭代过程更加稳健,适合采用精确修正的应力约束策略。 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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应力约束下薄板结构的拓扑优化 总被引:17,自引:1,他引:17
研究了应力约束下薄板结构的拓扑优化问题,分析了极限应力的影响,建立了拓扑优化的数学模型,讨论了若干优化过程中的技术问题,最后,进行了实例计算。 相似文献
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TOPOLOGY OPTIMIZATION DESIGN OF CONTINUUM STRUCTURES UNDER STRESS AND DISPLACEMENT CONSTRAINTS 总被引:1,自引:0,他引:1
IntroductionTopologyoptimizationofcontinuumstructuresdidnotdeveloprapidlyuntilrecenttenyearsowingtothespecialdifficultiesinvo... 相似文献
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The topological optimization for truss structures with stress constraints based on the exist-null combined model 总被引:7,自引:0,他引:7
A new exist-null combined model is proposed for the structural topology optimization. The model is applied to the topology
optimization of the truss with stress constraints. Satisfactory computational result can be obtained with more rapid and more
stable convergence as compared with the cross-sectional optimization. This work also shows that the presence of independent
and continuous topological variable motivates the research of structural topology optimization.
The project supported by the State Key Laboratory for Structural Analysis of Industrial Equipment, Dalian University of Technology. 相似文献
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将准则法和数学规划法相结合,借助满应力准则将应力约束转化为动态尺寸约束,利用单位虚载荷法将位移约束转化为设计变量的显式表达式建立优化模型,然后用数学规划法求解;采用无量纲设计变量实现设计变量连接,对膜结构的厚度进行优化设计;根据对偶理论,应用对偶规划精确映射原问题,再按泰勒展式建立对偶问题的二阶近似。为了提高优化效率,采用射线步调整结构性态,运用粗选有效约束技术筛选约束,并采用主、被动变量循环确保收敛稳定。以MSC/Nastran软件作为结构分析的求解器,以MSC/Patran软件作为开发平台,完成了膜结构截面优化程序。对膜结构的单变位、多变位的结构优化问题进行了优化计算,并与MSC/Nastran优化模块的计算结果进行比较。算例结果表明程序的可靠性、高效性和稳定性以及理论算法的优越性。 相似文献
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IntroductionThebasicmethodforthestructuretopologyoptimizationisbasedonthegroundstructuremethod .Asetofnodesisconstructedaccordingtogivensupportingconditions,loadcasesandotherconditions.Thenodesarelinkedbymemberstoformtheinitialgroundstructure .Alltopolo… 相似文献
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应力和位移约束下的板壳结构截面优化 总被引:5,自引:0,他引:5
将准则法和数学规划法相结合,根据满应力准则将应力约束化为动态下限,借助单位虚载荷法将位移约束转化为设计变量的近似显函数,建立了满足应力和位移约束的优化模型. 为了解决多变量的大型优化问题,根据对偶理论将上千设计变量的优化模型转化为几个变量的对偶模型,并通过二次规划求解. 以MSC/Nastran软件为结构分析的求解器,借助MSC/Patran软件为开发平台,完成了板壳结构截面优化程序. 程序完全和Patran及Nastran融为一体,在Patran中建立模型,利用Nastran分析计算,根据优化结果对设计变量调整,再用Nastran进行结构重分析,反复迭代直到结构重量收敛. 算例表明程序的合理性和有效性,能够满足工程设计的需要. 相似文献