漸進(jìn)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化方法研究及應(yīng)用.pdf

1、連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化是結(jié)構(gòu)優(yōu)化領(lǐng)域中的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。與尺寸優(yōu)化和形狀優(yōu)化相比，結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化需要確定的參數(shù)更多，取得的經(jīng)濟(jì)效益更大，對(duì)工程設(shè)計(jì)人員更具吸引力。連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化因?yàn)閿?shù)學(xué)模型建立困難、設(shè)計(jì)變量較多，數(shù)值計(jì)算量巨大而被認(rèn)為是當(dāng)前結(jié)構(gòu)優(yōu)化領(lǐng)域內(nèi)的難點(diǎn)之一，對(duì)其研究具有非常重要的理論意義和工程應(yīng)用前景。雙向漸進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法(簡(jiǎn)稱BESO)具有算法簡(jiǎn)單、易與有限元分析程序連接等優(yōu)點(diǎn)，是目前結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化比較有效的工具之一。本文以連續(xù)體結(jié)

2、構(gòu)為研究對(duì)象，對(duì)雙向漸進(jìn)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化方法與應(yīng)用進(jìn)行討論。 針對(duì)拓?fù)鋬?yōu)化中一些常見(jiàn)問(wèn)題，提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。采用單元應(yīng)力強(qiáng)度的均勻化處理方法(以單元每個(gè)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力平均值作為單元的應(yīng)力，計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度，以此作為衡量單元?jiǎng)h除或添加的標(biāo)準(zhǔn))，避免常見(jiàn)的“棋盤格”現(xiàn)象；經(jīng)過(guò)幾次優(yōu)化以后，對(duì)刪除與添加單元進(jìn)行標(biāo)號(hào)，判斷在幾次優(yōu)化中刪除或添加單元是否一致，即尋優(yōu)過(guò)程中是否出現(xiàn)“振蕩”現(xiàn)象。若出現(xiàn)該現(xiàn)象，則通過(guò)調(diào)整參數(shù)避免“振蕩”現(xiàn)象出現(xiàn)，提高

3、計(jì)算效率；對(duì)拓?fù)鋬?yōu)化中出現(xiàn)的奇異結(jié)構(gòu)問(wèn)題，根據(jù)奇異的類型，采用刪除奇異單元或恢復(fù)結(jié)構(gòu)到奇異前的狀態(tài)并調(diào)整優(yōu)化參數(shù)的方法進(jìn)行處理，保證采用BESO方法拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果的連續(xù)性。 工程實(shí)際中常常有強(qiáng)度，剛度，穩(wěn)定性，頻率等多種要求，為了建立多約束的BESO優(yōu)化算法，本文對(duì)同時(shí)考慮應(yīng)力和位移約束的優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行了研究，以位移約束是否滿足為條件，把優(yōu)化的算法分為兩種情況分別考慮，使優(yōu)化過(guò)程在應(yīng)力優(yōu)化的同時(shí)逐漸趨于滿足位移約束，算例表明該方法能

4、很好的求出滿足應(yīng)力和位移約束的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 根據(jù)上面提出的改進(jìn)措施，采用PCL語(yǔ)言編制優(yōu)化程序，以高性能的有限元軟件MSC.PATRAN為平臺(tái)，進(jìn)行二次開發(fā)，完成在應(yīng)力約束以及應(yīng)力位移雙重約束下，以二維連續(xù)體結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象的靜力拓?fù)鋬?yōu)化，表明本文方法的可行性和可靠性。整個(gè)拓?fù)鋬?yōu)化過(guò)程可以借助于該軟件強(qiáng)大的前后處理功能和有限元計(jì)算功能，使建立有限元模型非常方便，并且可以實(shí)時(shí)觀察優(yōu)化過(guò)程中模型的結(jié)構(gòu)變化，有利于對(duì)BESO優(yōu)化方法的研究