基于优化准则法的自由阻尼材料拓扑优化

基于各向正交惩罚材料密度法,建立了以自由阻尼结构模态阻尼比最大化为目标,以阻尼材料体积为约束条件,以阻尼材料单元相对密度为设计变量的拓扑优化数学模型。推导了模态阻尼比对阻尼单元相对密度的灵敏度和设计变量的更新准则,基于优化准则算法用MSC.Nastran的Direct Matrix Abstraction Program语言编制了通用的阻尼材料拓扑优化程序。以一铝板-声腔耦合系统为对象,以结构一阶弯曲模态阻尼比最大为目标,利用该拓扑优化程序和有限元分析方法对铝板上的阻尼材料进行优化布置,并用试验进行了验证。把铝板全阻尼处理和拓扑优化后部分阻尼处理的降噪效果进行对比,在仿真环境中,参考点处声压分别下降了110.6 Pa和107.7 Pa,在实验条件下,参考点处声压分别下降了22.47 Pa和20.91 Pa,从而验证了优化方法的有效性。

基于改进优化准则法的自由阻尼结构动力学拓扑优化

针对自由阻尼结构拓扑优化问题,采用模态应变能的有限元求解方法,以单元相对密度值为拓扑设计变量,以材料用量和频率改变量为约束条件,构建以多模态损耗因子加权和为目标函数的拓扑优化模型,推导了目标函数对于设计变量灵敏度的表达式。考虑到常规优化准则法用于结构动力学寻优时,目标函数存在非凸性,迭代过程中出现负值设计变量,使得优化结果不收敛或陷入局部优化,故在一般优化准则法的基础上对拓扑优化模型进行数学意义上的迭代改进。改进优化准则法解决了设计变量出现非正及迭代发散等问题,保证了全体拓扑变量参与迭代过程。通过ANSYS编程对自由阻尼板进行了仿真,并引入MAC因子来控制结构的振型跃阶,结果显示:改进算法在控制阻尼材料体积为优化前体积60%时,各阶目标函数和拓扑构型在数次迭代后趋于稳定,单元中间密度值区域相对较少,自由阻尼结构获得了有效的减振。

大型板结构的一种优化准则法

提出一种适合于大型板结构尺寸优化新方法。是以板结构有限元矩阵方程和Ｋ－Ｔ条件为基础推导出来的，属于一种结构离散优化准则法。将应力约束按满应力准则视为一种尺寸限约束，由于起作用的位移约束数目往往较少，其相应的拉格朗日乘子较易计算，数值实验表明，本方法迭代次数少，且与设计变量数目无关，特别适合于大型板结构的优化问题。

工程结构模糊失效模式的优化准则法

基于枚举结构静强度主要失效模式的优化准则法 ,利用关于随机和模糊熵的定义 ,建立了模糊随机变量向等效的随机变量的转换关系。把这种关系用于建立模糊随机结构失效模式得到了较好的效果。并用算例来说明这种方法的应用和有效性。对于大型结构 ,结合并行计算方法 。

基于对比度增强抑制灰度的改进优化准则法

为了抑制变密度法拓扑优化结果中的灰度单元,基于对比度增强策略,提出了两种形式的对比度增强算子,引入到优化准则法迭代计算中,对优化准则法进行了改进。对比度增强算子能够拉大单元灰度差别,驱动中间密度向两极进行分化,最终使优化收敛于0/1材料分布状态。采用典型数值算例对该方法进行了验证,计算结果表明,该方法能够得到拓扑结构清晰的优化结果。

X6132铣床主轴组件设计——利用优化准则法进行优化设计

本文从生产实际和教学实践出发,对 X6132铣床主轴组件优化设计进行了讨论,在满足主轴主件工作性能和结构性能要求的条件下,以主轴质量最小为目标函数,采用优化准则法对主轴组件进行了优化设计.以求对机床主轴组件的优化设计问题作出初步探索.

基于优化准则法与粒子群算法的超高层建筑抗风性能设计优化

为了使超高层建筑结构在抗风性能设计中不但满足结构安全性要求,而且满足舒适度要求,采用优化准则法(OC)以及粒子群算法(PSO),建立了一个以降低结构设计造价为优化目标、同时考虑结构层间位移角和风振加速度等设计约束条件的结构抗风性能设计优化(OC-PSO)方法。在结构优化的过程中采用基于风洞试验的超高层建筑结构风振响应频域计算方法对结构设计的等效静力风荷载进行更新,使其与结构动力特性相匹配,在一定程度上增大了优化问题的寻优空间。某50层实际超高层建筑结构优化结果表明:OC-PSO方法能够在满足抗风性能设计条件的前提下,得到具有最优结构造价的超高层建筑优化设计方案,节省结构造价3.3%。

约束阻尼结构的改进准则法拓扑减振动力学优化

旨在为减振设计提供理论基础,研究约束阻尼结构拓扑动力学优化。以阻尼材料用量、振动特征方程、模态频率为约束,以多模态损耗因子倒数的加权和最小为目标,建立了约束阻尼结构拓扑优化模型,引入MAC因子控制结构的振型跃阶。在引入质量阵惩罚因子基础上推导出优化目标灵敏度。考虑到优化目标函数的非凸性,采用常规准则法(OC)寻优可能会使拓扑变量出现负值或陷入局部优化,故引入数学规划移动渐近技术对OC法进行改进,从而将全体拓扑变量纳入改进算法的优化迭代全过程。编程实现了约束阻尼板改进OC法拓扑动力学优化并对改进法性能进行了仿真。结果显示,改进算法可得到更合理的约束阻尼层构形,可使结构取得更佳减振效果。研究表明,改进算法迭代稳定性更好、寻优效率更高、更具全域最优性。

基于比例微分优化准则的拓扑优化方法

在优化准则法的基础上,提出一种基于比例微分控制思想的优化准则方法(proportional anddifferential optimality criterion,PDOC),并将其运用到拓扑优化设计中。针对优化准则法求解速度慢以及因误差的未知性所引起的超调现象,PDOC法通过引入比例微分控制来改进迭代算子,构造更合理的数值迭代公式以加快收敛。利用加入比例微分控制的求解算法,计算新的材料密度分布,以预测误差的变化趋势,提前抑制误差,有效避免求解过程中的震荡和超调现象,进而提高求解速度。最后,通过实验验证了PDOC方法的有效性和正确性。

基于变密度法的约束阻尼结构拓扑优化研究

约束阻尼结构拓扑优化是轻量化设计要求下实现噪声与振动控制的关键技术。采用有限元方法建立约束阻尼结构的动力学有限元模型。基于实体各向同性材料惩罚(SIMP)插值方法,以模态损耗因子最大化为目标,约束阻尼材料用量为约束,构建约束阻尼结构的拓扑优化模型。利用伴随向量法推导了目标函数对设计变量的灵敏度,通过优化准则法对优化模型进行求解。数值结果表明:优化后约束阻尼板结构的模态损耗因子提高比基本在50%以上,且振动振幅值有明显抑制。

考虑外载荷方向不确定性的稳健性拓扑优化

外载荷方向不确定是实际工程中普遍存在的问题。本文研究了考虑外载荷方向不确定性下的稳健性连续体拓扑优化。首先,使用区间变量描述外载荷方向不确定性问题。随后,通过使用旋转矩阵的方式描述名义载荷方向上的扰动,并利用了旋转矩阵导数的特殊性质,通过二阶泰勒展开式以及名义载荷处柔顺度对角度的一阶和二阶导数信息获得不确定性区间内任意角度处的灵敏度。最后运用SIMP模型和优化准则法(OC)对考虑外载荷方向不确定性的连续体结构进行拓扑优化。结果表明,采用该方法得到的优化结果的柔顺度对于载荷方向的变化不敏感,即对于不同方向的外载荷,结构刚度更具稳健性。

基于SIMP方法的最小柔度拓扑优化问题的优化准则算法研究

拓扑优化的SIMP(Solid Isotropie Material Penalization)模型是对拓扑优化均匀化方法的改进与简化,假设材料密度在单元内是常数并以其为设计变量,而材料特性用单元密度的指数函数来模拟,从而减少了设计变量的个数,提高了计算效率。本文主要是通过一些算例对基于SIMP方法的最小柔度拓扑优化问题的优化准则算法进行研究。

分布式柔性机构拓扑优化设计的理论和算法

将连续体结构的拓扑优化技术应用到分布式柔性机构的设计中,基于变密度法和优化准则法推导并建立柔性机构拓扑优化的一种显式的设计变量收敛格式。结合分布式柔性机构优化设计的人工弹簧模型和虚拟载荷法,提出一种新型的分布式柔性机构拓扑优化设计的多准则优化模型,同时综合考虑柔性机构设计的机械效率要求和结构的刚度要求,并利用伴随敏度分析法进行敏度分析。数值算例证明研究方法的有效性,并分析和讨论优化模型和收敛格式中有关优化设计参数对柔性机构优化设计结果的影响。用激光快速成形技术验证柔性机构概念设计的合理性。

拓扑优化中两类不同优化数值算法的研究

分析了适用于拓扑优化计算中的两种不同优化数值算法 ,推导了基于材料密度方法的优化准则法公式和移动渐进优化算法的求解公式 .将两类算法分别应用于求解拓扑优化问题 。

枚举结构静强度广义可靠性主要失效模式的准则法

考虑模糊和随机因素的影响，提出广义可靠性的枚举结构静强度主要失效模式准则。此准则用模糊截集水平和置信水平定出的元件强度下限值代替原优化准则法中的强度均值，从而使得随机性和模糊性在元件强度变量中的影响得到充分的体现。

一种新的考虑柔顺度要求的结构拓扑优化方法

为了解决拓扑优化分析计算量大和材料分布等问题,提出一种不影响算法收敛性的设计空间调整手段。针对体积约束和柔顺度最小的结构拓扑优化问题,采用变体积约束限的方法控制柔顺度变化的步长,然后,根据优化准则法,提出一种新的考虑柔顺度要求的结构拓扑优化方法。研究结果表明：该方法具有较高的求解效率,同时能够获得较好0~1分布特征的优化拓扑。

面向制造的连续体结构拓扑优化设计方法研究

为了更好地解决结构拓扑优化的工程实用化问题,研究了一种面向制造的连续体结构拓扑优化设计的方法,即面向制造的分级拓扑优化方法。该方法可使优化结果同时满足设计性能和制造性能的要求。为消除数值不稳定,研究了密度和敏度混合高斯函数过滤算法,该算法能有效解决棋盘格式及网格依赖等数值不稳定问题,并能获得良好的优化结果。利用研究的分级拓扑优化方法和有关算法,对经典算例进行计算,所得结果验证了该方法的可行性和有效性。

柔性结构拓扑优化中几种求解方法的比较

通过对两种柔性结构的拓扑优化,比较了拓扑优化中三种主要求解方法的优缺点。分别用优化准则法(OC)、序列线性规划法(SLP)和移动渐近线法(MMA)对悬臂结构和力反相机构进行了拓扑设计。OC法通用性差,但效率高;SLP法通用性好,但收敛速度慢,对初值敏感;MMA法计算效率低,但对初值不敏感,比较稳定。

加快可靠性优化设计的迭代收敛速度新方法

本研究阐述了优化设计问题的求解方法,给出基于系统可靠度的结构优化设计数学模型,对以往求解优化模型时用的优化准则法进行了介绍和改进。通过实例的求解过程,验证了改进后的优化准则法的良好效果,即迭代收敛速度加快。这种改进对系统失效模式较多的情况,效果更为明显。

一种基于ANSYS的结构优化设计方法研究

在结构优化中,将优化准则法与有限元软件ANSYS进行集成,完成结构特性分析,提取分析结果,调用高效的优化算法完成优化计算。所提出的优化设计方法充分利用了有限元分析软件强大的分析功能和高效算法的优越性,提高了优化效率,优化实例表明了该方法的有效性和实用性。