變密度拓?fù)鋬?yōu)化方法及其在弧形鋼閘門中的應(yīng)用.pdf

1、隨著時(shí)代發(fā)展，各企業(yè)的競(jìng)爭壓力不斷增加，在保證結(jié)構(gòu)安全性的前提下實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)已經(jīng)成為各大企業(yè)的目標(biāo)。與此同時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論不斷完善，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)運(yùn)而生。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分為尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)、形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)和拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，其中拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)還處在飛速發(fā)展的時(shí)期，對(duì)拓?fù)鋬?yōu)化方法的研究正在不斷深入。目前在結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化領(lǐng)域已經(jīng)提出了多種拓?fù)鋬?yōu)化方法，其中變密度拓?fù)鋬?yōu)化法概念簡單易懂，并且易于編程，和其基本理論相應(yīng)的 MATLAB程序也比較完善，本文

2、基于變密度拓?fù)鋬?yōu)化法進(jìn)行仔細(xì)研究。變密度拓?fù)鋬?yōu)化中灰度單元、棋盤格式、網(wǎng)格依賴性等數(shù)值不穩(wěn)定現(xiàn)象是亟待解決的問題。因此本文旨在改進(jìn)變密度拓?fù)鋬?yōu)化法，并將拓?fù)鋬?yōu)化理論應(yīng)用到實(shí)際工程中，對(duì)實(shí)際工程進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴分析了ANSYS中結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化常用優(yōu)化方法，并通過算例證明了一階優(yōu)化算法用時(shí)雖長，但精度好，所得優(yōu)化結(jié)果比零階算法所得優(yōu)化結(jié)果好；詳細(xì)介紹了OPTISTRUCT中結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的流程，用算例分析了基于

3、OPTISTRUCT做結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)所需調(diào)整的參數(shù)。⑵介紹了基于變密度拓?fù)鋬?yōu)化方法的理論知識(shí)和文獻(xiàn)中已有的幾種過濾法的核心思想和實(shí)現(xiàn)流程，并在保體積密度過濾法的思想基礎(chǔ)上提出了基于改進(jìn)函數(shù)的保體積密度過濾法。保體積改進(jìn)函數(shù)不僅在形式上簡便易編程，通過深入分析對(duì)比，證明了該函數(shù)比保體積 Heaviside函數(shù)對(duì)單元密度的懲罰力度大。除此之外，本文還通過三個(gè)算例證明了基于改進(jìn)函數(shù)的保體積密度過濾法不僅有效抑制了灰色單元、棋盤格式等數(shù)值不