基于交換單元法的連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化方法研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的重要技術(shù)，它能夠幫助設(shè)計(jì)者利用更少的材料來(lái)滿足產(chǎn)品性能的要求。而拓?fù)鋬?yōu)化是結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)中最為重要、最具挑戰(zhàn)性的方面，設(shè)計(jì)者通過(guò)在概念設(shè)計(jì)階段對(duì)結(jié)構(gòu)拓?fù)溥M(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化，能夠減少產(chǎn)品的設(shè)計(jì)成本或大幅提高結(jié)構(gòu)的性能，對(duì)拓?fù)鋬?yōu)化問(wèn)題的研究被公認(rèn)為是最能提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率的工作，已逐漸成為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的研究熱點(diǎn)。但因拓?fù)鋬?yōu)化模型建立的復(fù)雜性，對(duì)于其理論、模型與求解算法的研究還不成熟，對(duì)于實(shí)際工程中出現(xiàn)的復(fù)雜模型問(wèn)題，其求

2、解效率仍然比較低下。因此，尋求更高效率、適用范圍更廣的求解算法，已成為當(dāng)前拓?fù)鋬?yōu)化研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。
　　 本文對(duì)國(guó)內(nèi)外拓?fù)鋬?yōu)化的研究方法進(jìn)行了全面的論述，并針對(duì)其拓?fù)鋬?yōu)化問(wèn)題的模型求解及數(shù)值過(guò)濾方法進(jìn)行了深入研究，提出了基于交換單元法的連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化方法（EEMTO法），EEMTO法比已有的優(yōu)化準(zhǔn)則法有更快的求解速度，求解性能也得到了提高。針對(duì)采用SIMP模型求解產(chǎn)生的數(shù)字不穩(wěn)定性現(xiàn)象，提出了交換單元過(guò)濾法，有效地消除了棋盤(pán)格式

3、現(xiàn)象，改善了結(jié)構(gòu)可制造性能。同時(shí)，通過(guò)應(yīng)用實(shí)例驗(yàn)證了EEMTO法以及交換單元過(guò)濾法的有效性和優(yōu)越性。
　　 首先，本文實(shí)現(xiàn)了基于EEM法的連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化流程。使用變密度法構(gòu)建連續(xù)體剛度優(yōu)化數(shù)學(xué)求解模型，在優(yōu)化準(zhǔn)則法的基礎(chǔ)上，借鑒EEM法思想，改進(jìn)了迭代算子，提出了EEMTO法，并通過(guò)Matlab編程實(shí)現(xiàn)。測(cè)試結(jié)果表明，EEMTO法能有效加快函數(shù)收斂，能較快找到最優(yōu)解，提高了求解質(zhì)量和優(yōu)化效率。
　　 其次，針對(duì)拓?fù)鋬?yōu)化中