粘弹阻尼抗振结构双向渐进法拓扑动力学优化

基于阻尼结构各层形变位移关系,推导了结构振动微分方程。构建了以阻尼比最大化为优化目标,阻尼材料用量为约束,阻尼单元状态为设计变量的拓扑优化数学模型。为寻找结构优化迭代方向,推导了模态阻尼比灵敏度。建立阻尼单元增删准则,利用独立网格滤波技术进行滤波处理,采用双向渐进优化算法对阻尼结构进行了拓扑优化。按常规渐进法优化后,1阶、3阶阻尼比增幅分别为54.51%、36.21%,而按双向渐进优化所得相应阶次的模态阻尼比增幅则分别达76.69%、58.36%,且可有效改善阻尼结构优化后的棋盘格现象。为验证双向渐进优化算法拓扑优化结果,对阻尼结构进行谐响应分析与仿真,结果表明:采用双向渐进法优化时,结构特定阶次响应幅值更低,减振效果更佳。

基于改进双向渐进法的轻量化设计方法

双向渐进法是近年来结构拓扑优化领域的一个热点,针对现有结构拓扑优化方法容易出现的网格依赖性和局部极值等数值不稳定现象,以及计算速率慢的问题,提出一种双重过滤增删的双向渐进法,简称为DBESO方法。该方法通过对典型的Michell结构、短悬臂结构和MBB梁结构进行不同过滤增删次数的计算,得出二次增删过滤为最佳的过滤增删次数,即在执行灵敏度过滤和单元的增删的基础上,将结果存入中间变量再对灵敏度过滤及单元的增删进行计算,并且设定一个判定结构性能的指标进行收敛。在MATLAB编程环境下,通过二维短悬臂结构和三维简支梁结构的拓扑优化算例,证明DBESO方法在保证力学性能不变的情况下,有效地提高结构轻量化的收敛速率,更好地抑制双向渐进方法的网格依赖性和局部极值等数值不稳定现象。

考虑质量约束的多相材料结构拓扑优化新方法

提出了一种将双向渐进法(BESO)与快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)相结合的拓扑优化方法,称为BESO-NSGA-Ⅱ方法.与传统双向渐进法的体积约束不同,本文算法以质量作为约束条件,并采用多相材料插值方案实现了多相材料的优化分布.通过大量的算例,证明了算法的稳定性和有效性.与传统双向渐进法相比,新算法在相同约束条件下能有效地提高结构刚度.同时,为了获得干净的拓扑,该算法提出了在交叉变异过程中使用的双惩罚算子来实现干净的拓扑结构.结果表明,该算法能较好地实现结构的轻量化设计.

基于双尺度拓扑优化的多相材料结构设计方法

针对双尺度优化问题,研究小组提出了一种将双向渐进法(BESO)与快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)相结合的拓扑优化方法,称为BESO-NSGA-Ⅱ。通过基于能量的均匀化理论推导非均质材料的有效性质,并采用多相材料插值方案实现双尺度结构多相材料的拓扑优化。为了获得“干净”的拓扑,BESO-NSGA-Ⅱ算法提出了在交叉变异过程中使用双惩罚算子来实现“干净”的拓扑结构。通过算例并与经典BESO算法进行对比,验证了BESO-NSGA-Ⅱ算法的稳定性和有效性及其获得收敛解的能力,以期为后续的双尺度拓扑优化研究提供参考依据。