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1.
基于位移和应力灵敏度的结构拓扑优化设计   总被引:3,自引:0,他引:3  
针对仅有应力约束以及含位移和应力约束的重量最小结构拓扑优化问题, 基于ICM(独立、连续、映射)方法和渐进结构优化方法的思路, 提出了一种结构拓扑优化方法. 在优化迭代循环的每一轮子循环迭代求解开始时,通过形成和 引进新的位移和应力约束限, 自动构建设计变量移动限. 将结构应力约束归并为几个最可能的有效应力约束,大大减少了应力灵敏度的分析量. 另外, 建立了单元删除阈值和几轮迭代循环的单元删除策略. 为了确保优化迭代中结构非奇异和方 法具有增添单元的功能,在结构孔洞和边界周围引入了一层人工材料单元, 构建了其等效的优化模型. 结合位移和应力灵敏度分析, 形成了一种新的连续体结构的拓扑优化方法. 给出的算例验证了该方法的正确性和有效性.  相似文献   
2.
In density-based topological design, one expects that the final result consists of elements either black (solid material) or white (void), without any grey areas. Moreover, one also expects that the optimal topology can be obtained by starting from any initial topology configuration. An improved structural topological optimization method for multidisplacement constraints is proposed in this paper. In the proposed method, the whole optimization process is divided into two optimization adjustment phases and a phase transferring step. Firstly, an optimization model is built to deal with the varied displacement limits, design space adjustments, and reasonable relations between the element stiffness matrix and mass and its element topology variable. Secondly, a procedure is proposed to solve the optimization problem formulated in the first optimization adjustment phase, by starting with a small design space and advancing to a larger deign space. The design space adjustments are automatic when the design domain needs expansions, in which the convergence of the proposed method will not be affected. The final topology obtained by the proposed procedure in the first optimization phase, can approach to the vicinity of the optimum topology. Then, a heuristic algorithm is given to improve the efficiency and make the designed structural topology black/white in both the phase transferring step and the second optimization adjustment phase. And the optimum topology can finally be obtained by the second phase optimization adjustments. Two examples are presented to show that the topologies obtained by the proposed method are of very good 0/1 design distribution property, and the computational efficiency is enhanced by reducing the element number of the design structural finite model during two optimization adjustment phases. And the examples also show that this method is robust and practicable.  相似文献   
3.
一种变位移约束限的结构拓扑优化方法   总被引:3,自引:1,他引:2  
针对仅有位移约束和重量最小的结构拓扑优化问题, 基于ICM(独立、连续、映射)方法思路, 提出了一种变位移约束限的结构拓扑优化方法. 在每一轮子循环迭代求解开始时,为了控制拓 扑设计变量的变化量, 形成和引进了新的位移约束限. 另外,建立了单元删除阈值 和几轮迭代循环的单元删除策略. 为了确保优化迭代中结构非奇异和方法具有增添 单元的功能,在结构孔洞和边界周围引入了一层人工材料单元,并建立了一套有效结 构信息到结构最大设计域信息的映射转换方法. 结合对偶求解方法, 形成了一种新的连续体结构的拓扑优化方法. 给出的算例表明该方法没有目标函数 的振荡现象,且验证了该方法的正确性和有效性. 关键词:拓扑优化; 位移约束; 连续体结构; ICM方法; 渐进结构优化;  相似文献   
4.
一种基于应力的双方向结构拓扑优化算法   总被引:9,自引:0,他引:9  
基于传统的渐进结构优化方法,提出了一种基于应力的双方向渐进拓扑优化算法。该方法是对传统方法和目前的双方向法的改进和完善。算例表明该方法能避免目前的双方向法具有的解的振荡问题,具有更高的可靠性,能获得更佳的拓扑结构。  相似文献   
5.
研究基于可行域调整策略的多约束结构材料优化问题。建立了以结构柔顺度为目标函数,考虑体积、位移、结构自振频率为约束条件的结构材料优化模型和目标函数及约束函数近似式,并采用可行域调整策略和对偶算法求解。典型结构材料优化设计结果表明:可行域调整策略使优化过程平稳,获得的序列细观结构拓扑构型清晰;相比于单一体积约束结构拓扑优化求解,考虑多约束结构拓扑优化能获得更好的黑白占优解。  相似文献   
6.
王超  徐斌  段尊义  荣见华 《力学学报》2021,53(4):1070-1080
增材制造与拓扑优化的有机结合将极大促进高性能产品的研发, 但现有基于拓扑优化的设计性能和可制造性研究多是独立开展, 或常局限于传统的刚度问题, 缺乏对工程中至关重要的强度问题的考虑. 面向增材制造, 针对协同考虑强度和可制造连通性的结构优化问题, 建立了材料体积和连通性标量场约束下的结构应力最小化拓扑优化模型. 针对求解过程中的不同数值困难问题, 提出了有效的优化求解策略. 引入基于P范数的全局标量场约束度量, 并结合稳定转换误差修正技术来实现对局部标量场的有效控制. 详细推导了相关灵敏度, 然后通过典型数值算例论证了文中模型及方法的合理有效性. 结果表明, 仅考虑连通性约束的刚度最大化设计不一定能避免局部高应力集中, 而该设计也不一定等同于应力最小化连通性设计; 充足的材料许用量和恰当的连通性约束边界条件对提高所研究设计的性能至关重要, 而应力凝聚参数取值并非越大越好, 合理取值才能有助于获取高性能设计. 此外, 优化结果也在一定程度上论证了可制造性拓扑优化中考虑强度问题的必要性和可行性.   相似文献   
7.
基于设计空间调整的结构拓扑优化方法   总被引:2,自引:0,他引:2  
提出了一种基于设计空间调整的结构拓扑优化方法,以求解有限元网格规模大的问题,且获得0/1拓扑解.首先,借鉴有理分式材料模型,建立了材料刚度性质与拓扑变量的关系.为了解决分析计算量大和需要解释得到的材料分布等问题,给出了一种不影响数学规划求解算法收敛特性的设计空间调整手段.其次,当优化迭代求解接近结构最佳拓扑邻域后,采用了加速收敛求解的策略,并给出了一种加速收敛的启发式算法.然后,结合基于倒设计变量的位移函数的非完整二阶近似式,建立了一种基于设计空间调整的结构拓扑优化算法.该方法能获得较好0-1分布特征的优化拓扑,能较好地处理多载荷和多约束的结构拓扑优化问题.给出的算例表明通过结构分析模型规模的减小和传统的位移迭代求解法的采用,方法效率明显提高.算例验证了该方法的正确性和有效性.  相似文献   
8.
多工况下结构拓扑优化设计   总被引:9,自引:0,他引:9  
考虑单元删除和增加对结构应力约束的影响,提出了一种新的多工况下结构的双方向渐进优化方法.首先,基于在结构孔洞或边界周围附加人工材料的思路,建立了结构优化模型和应力灵敏度公式.然后,结合结构应力和应力灵敏度,给出了多工况静力载荷下考虑静应力约束的结构优化准则和算法.开展了结构仿真设计,结果表明给出的方法是正确和有效的,并具有较好的工程应用价值.  相似文献   
9.
基于应力及其灵敏度的结构拓扑渐进优化方法   总被引:49,自引:4,他引:45  
在导出应力灵敏度的基础上,建立了一种改进的基于应力及其灵敏度的结构拓扑双方向渐进优化算法.该方法是对传统ESO和BESO方法的改进和完善.算例表明该方法能较大程度减少解的振荡状态数,获得更佳的拓扑结构.具有概念上的简洁性和应用上的有效性。  相似文献   
10.
基于结构拓扑随机变异的水平集优化方法   总被引:1,自引:0,他引:1  
基于结构拓扑导数的水平集优化方法,利用结构拓扑导数信息和通过不断减少结构体积的方式来确定需开孔的结构位置,需选用最大设计区域结构作为初始优化结构.该方法不适合求解结构体积等式约束的优化问题.为了解决上述问题和克服水平集方法不能在结构内产生新孔洞的困难,提出了一种基于结构拓扑随机变异的水平集优化方法.引进了以小概率随机方式进行结构拓扑变异的结构优化方案.设计了变异算子,讨论了提出方法的收敛性情况.最后,结合考虑结构最大设计区域限制的结构拓扑优化的水平集方法,建立了一套新的涉及结构柔顺度作为目标函数,体积作约束条件的水平集演化算法.给出的算例验证了该方法的正确性和有效性.  相似文献   
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