變密度法拓?fù)鋬?yōu)化插值模型及求解方法改進(jìn)研究.pdf

1、拓?fù)鋬?yōu)化是在給定載荷、約束等條件下，尋找材料在設(shè)計(jì)域內(nèi)最優(yōu)布局的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。在概念設(shè)計(jì)階段具有重要意義，可以幫助設(shè)計(jì)者選擇合適的初始拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比，具有設(shè)計(jì)效率高，提高材料利用率等優(yōu)點(diǎn)。從經(jīng)濟(jì)方面來看，拓?fù)鋬?yōu)化可以減少設(shè)計(jì)成本、節(jié)約原材料，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中公認(rèn)回饋?zhàn)罡叩膬?yōu)化方式，已經(jīng)成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的研究熱點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行研究具有重要的理論意義及工程應(yīng)用前景。
　　本文分析了國(guó)內(nèi)外拓?fù)鋬?yōu)化方法的研究現(xiàn)狀，總結(jié)了拓?fù)鋬?yōu)化有關(guān)理

2、論、方法及應(yīng)用方面的研究進(jìn)展，在此基礎(chǔ)上針對(duì)變密度法拓?fù)鋬?yōu)化方法中SIMP(Solidisotropic microstructure with penalization)材料插值模型所存在的問題作了詳細(xì)研究，并提出了一種新的材料插值模型;研究分析了優(yōu)化準(zhǔn)則法拓?fù)鋬?yōu)化求解方法，針對(duì)其搜索效率不高、收斂速度慢等問題提出了一種改進(jìn)的優(yōu)化準(zhǔn)則法拓?fù)鋬?yōu)化求解方法。具體研究?jī)?nèi)容及成果如下所示:
　　第一，針對(duì)SIMP變密度法拓?fù)鋬?yōu)化建模方法

3、求解效率不高、收斂速度慢、容易出現(xiàn)灰度單元等問題，在深入研究SIMP法材料插值模型的基礎(chǔ)上，提出了一種新的材料插值模型EAMP(Exponential Approximation of Material Properties)法建模方法，并建立其質(zhì)量約束下剛度最大化的數(shù)學(xué)模型;
　　第二，對(duì)EAMP法拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型，用拓?fù)鋬?yōu)化求解算法優(yōu)化準(zhǔn)則法推導(dǎo)其迭代格式。針對(duì)EAMP法材料插值模型，研究其優(yōu)化參數(shù)對(duì)拓?fù)浣Y(jié)果的影響規(guī)律，并得到

4、其合理的取值范圍。通過算例研究分析，與SIMP插值模型優(yōu)化結(jié)果作對(duì)比，驗(yàn)證本文所提EAMP法具有求解效率高、收斂速度快以及中間密度單元（密度值處于0與1之間）少的優(yōu)點(diǎn)。
　　第三，研究了優(yōu)化準(zhǔn)則法(Optimality Criteria Method，OC)求解算法。OC法在拓?fù)鋬?yōu)化中有廣泛的應(yīng)用，其存在搜索效率不高、難以收斂及只能求解單個(gè)約束的拓?fù)鋬?yōu)化問題，降低了工程實(shí)用性。針對(duì)OC法的以上問題，本文考慮在OC法基礎(chǔ)上，將數(shù)學(xué)中