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1.
连续体结构拓扑优化的高精度逼近ICM方法 总被引:2,自引:0,他引:2
采用指数类函数为快滤函数的高精度逼近ICM
(independent continuous and mapping)方法, 建立了以结构重量为目
标, 应力和位移共同约束下的连续体结构拓扑优化模型. 利用结构畸变比能的方法全局化应
力约束, 单位虚载荷法显式化位移约束, 归一化约束以解决约束限数量级不一致的问题. 针
对不同性态的过滤函数, 给出了指数类快滤函数参数的取值方法. 单工况和多工况的算例表
明了高精度逼近的ICM方法处理多种约束下连续体结构拓扑优化的可行性与有效性. 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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多工况多约束下离散变量桁架结构的拓扑优化设计 总被引:19,自引:1,他引:19
提出了一个多工况下受应力、位移约束的离散变量桁架结构的拓扑优化方法,给出了结构拓扑形式变更时的约束处理方法及杆件删除策略,使基结构设计空间的维数不断降低,达到最优拓扑,避免了奇异解的出现,在算例中指出了截面离散集和位移约束对最优拓扑的影响;算例给出了满意的拓扑优化解。 相似文献
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本文瞄准连续体在破损-安全考虑下的结构拓扑优化问题,旨在克服传统模型求解所得最终构型存在的弊病,避免结构因缺乏合理的冗余结构而敏感于局部破坏,实现破损-安全的目标. 首先,梳理了以往虽然用到却并不明晰的4个概念:结构局部破损模式、结构局部破损区域、结构破损状况、结构破损状况的预估分布. 之后,基于独立连续映射(ICM)方法,对该问题建立了力学性能约束下结构体积极小化的模型. 建立目标函数时,利用Minimax的概念将可能出现的结构破损状况对应的所有结构体积目标转化为原结构的唯一结构体积目标,克服了多目标问题的困难. 建立近似约束函数时,将可能出现的所有结构破损状况对应的力学性能的约束皆考虑进去,既能处理载荷单工况也能处理载荷多工况. 最后,以位移约束为例,建立了优化模型并求解. 单工况及多工况位移约束拓扑优化算例验证了算法的有效性. 结果表明:本方法相比于不考虑破损-安全的拓扑优化设计,得到的最优拓扑更复杂,体积比更大即所用材料更多,亦即最优结构具有更多的冗余,此正是考虑破损-安全设计原则的结果. 本文的研究对于航空、航天、其他水、陆等领域运载工具以及其他工程结构在意外破坏、战争创伤或恐怖袭击下的结构设计,乃是非常重要的进展. 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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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
10.
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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平面连续体多工况应力约束下结构拓扑优化的有无复合体方法 总被引:8,自引:1,他引:7
本文在[4]的基础上,按“有无复合体”模型对应力的约束下多工况平面连续体结构拓扑优化的求解进行研究,提出了“工况影响系数”的概念,用于“病态荷载”问题的识别的解决,获得了令人满意的数值结果。 相似文献
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IntroductionThebasicmethodforthestructuretopologyoptimizationisbasedonthegroundstructuremethod .Asetofnodesisconstructedaccordingtogivensupportingconditions,loadcasesandotherconditions.Thenodesarelinkedbymemberstoformtheinitialgroundstructure .Alltopolo… 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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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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Based on the Independent Continuous Mapping method (ICM), a topological optimization model with continuous topological variables is built by introducing three filter functions for element weight, element allowable stress and element stiffness, which transform the 0-1 type discrete topological variables into continuous topological variables between 0 and 1. Two methods for the filter functions are adopted to avoid the structural singularity and recover falsely deleted elements: the weak material element method and the tiny section element method. Three criteria (no structural singularity, no violated constraints and no change of structural weight) are introduced to judge iteration convergence. These criteria allow finding an appropriate threshold by adjusting a discount factor in the iteration procedure. To improve the efficiency, the original optimization model is transformed into a dual problem according to the dual theory and solved in its dual space. By using MSC/Nastran as the structural solver and MSC/Patran as the developing platform, a topological optimization software of frame structures is accomplished. Numerical examples show that the ICM method is very efficient for the topological optimization of frame structures.The project supported by the National Natural Science Foundation of China (10472003) and Beijing Natural Science Foundation (3042002) The English text was polished by Yunming Chen. 相似文献
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本文提出了一种有效的两工况作用下的杆系结构拓扑优化设计方法。它在以下三个方面克服了当前拓扑优化领域内线性规划类方法所面临的主要困难,首先,从结构力学的基本方程出发,引入内力设计变量,既克服了已有方法要求预定位移场这一主要困难,又为在拓扑优化过程中考虑应力、位移等性态约束创造了有利条件;其次,现有方法均无法解决多工况问题,本方法虽未推广到多工况,但可解决两工况问题;再者,现有方法在拓扑优化过程中无法计及应力、位移等性态约束,本方法巧妙地解决了这一问题。最后给出的几个工程优化算例,表明该方法具有理论基础牢固,计算工作量小,程序易于实现等明显优点。 相似文献
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Topology optimization of truss structures with systematic reliability constraints under multiple loading cases 总被引:6,自引:0,他引:6
In this paper, a mathematical model for topology optimization of truss structures with constraints of displacement and system
reliability under multiple loading cases is constructed. In order to avoid the difficulty of computing the structure's system
reliability, a solving approach is presented in which the failure probability of system is divided into the sum of all bars'
failure probability by means of reliability distribution. In addition, by drawing into the reliability safety factor and the
fundamental relationship in structural mechanics, all probability constraints of displacement and stress are equivalently
displayed as conventional form and linear function of the design variables. The optimization problem with multiple constraints
is treated by the compact constraint tactics and is solved by the improved simplex method. The examples show that the approach
proposed in this paper is feasible and efficient.
The project supported by the National Natural Science Foundation of China. 相似文献