基于現(xiàn)有軟件的結構拓撲優(yōu)化設計實現(xiàn)技術與程序系統(tǒng).pdf

1、與形狀優(yōu)化和尺寸優(yōu)化相比，拓撲優(yōu)化具有更大的優(yōu)化效益，成為優(yōu)化領域研究的熱點。對于不同的問題，拓撲優(yōu)化具有不同的問題提法，其求解方法各異。因此，研究適用于所求解問題的合適的拓撲優(yōu)化的求解技術，快速開發(fā)出拓撲優(yōu)化的程序，意義重大。本文在總結分析了結構拓撲優(yōu)化的理論體系、問題提法和求解方法的基礎上，研究了基于現(xiàn)有CAE軟件的結構拓撲優(yōu)化的實現(xiàn)技術以及程序系統(tǒng)?；赟trand7軟件實踐了所提出的拓撲優(yōu)化設計技術，并開發(fā)了基于Strand7的

2、拓撲優(yōu)化程序系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)基于均勻化方法和SIMP方法的結構拓撲優(yōu)化設計，實現(xiàn)了消除棋盤效應、網(wǎng)格依賴性等數(shù)值不穩(wěn)定性的方法。以該程序系統(tǒng)為平臺，研究了散熱結構拓撲優(yōu)化問題的提法、求解方法和程序實現(xiàn)技術。主要研究內(nèi)容和成果包括： 1.研究CAE軟件與優(yōu)化分析的連接技術，研究了拓撲優(yōu)化中有限元分析技術，分析了拓撲優(yōu)化與現(xiàn)有軟件的接口技術，比較了各種開發(fā)方法的優(yōu)點與不足，研究了基于Strand7作有限元分析工具的拓撲優(yōu)化實現(xiàn)技

3、術，通過Strand7API，成功實現(xiàn)了優(yōu)化求解與Strand7有限元分析的連接，開發(fā)出可行的程序系統(tǒng)。 2.實現(xiàn)各種求解算法與數(shù)值問題的處理方法將數(shù)學規(guī)劃法中可行方向法，序列線性規(guī)劃法和序列二次規(guī)劃法與拓撲優(yōu)化集成，將針對SIMP方法的優(yōu)化準則算法，應用于拓撲優(yōu)化計算過程中，在算法上進行實現(xiàn)。分析拓撲優(yōu)化計算中常出現(xiàn)的多孔材料、棋盤格、網(wǎng)格依賴性、局部極值等數(shù)值計算不穩(wěn)定現(xiàn)象，程序實現(xiàn)了一種能有效去除棋盤格式和多孔材料的過濾數(shù)

4、值算法。 3.實現(xiàn)不同優(yōu)化目標為了深入拓展連續(xù)體結構拓撲優(yōu)化的應用范圍，描述了基于結構應變能，互變能等為目標的拓撲優(yōu)化模型，并以有限元分析軟件Strand7為基礎，充分利用其各種分析功能，實現(xiàn)多種載荷邊界條件，不同目標類型的拓撲優(yōu)化。探討了最佳散熱問題的提法和求解方法，計算了各種實際算例，驗證了所開發(fā)程序的有效性。 本文工作得到國家自然科學基金重點項目(10332010)、創(chuàng)新群體基金項目(10421202)、國家重點基