考虑载荷随机性的可行域调整的结构拓扑优化设计

考虑载荷大小和方向的不确定性,以结构柔顺度的期望和方差的加权和为目标函数,结构体积为约束函数,研究稳健结构拓扑优化方法。首先给出载荷大小和方向不确定情况下结构柔顺度期望和方差及其导数的显式近似式,而后改进可行域调整方案,提出具有收敛特征的稳健结构拓扑优化设计方法,探讨结构柔顺度期望和方差的权重因子以及随机量的方差对拓扑构型的影响。给出的算例表明,不论是确定载荷拓扑优化还是随机载荷拓扑优化,方法是可行和有效的,且可获得一系列清晰的拓扑构型和稳健的优化拓扑。

基于Heaviside过滤和可行域调整的SIMP方法拓扑优化设计

针对体积约束下结构柔顺度最小化拓扑优化问题,基于Heaviside过滤和可行域调整措施,提出了一种改进的SIMP方法。该方法采用体积守恒的Heaviside密度过滤和可行域调整措施,能获得0/1分布清晰的结构拓扑且保证了优化过程的稳健性。通过使用不同的初始拓扑来优化解,可以获得比现有的基于SIMP的优化方法更好的多个局部优化拓扑。通过算例表明,该方法比现有的SIMP方法具有更好的稳健性,并且可以获得更优的结构拓扑。

基于可行域调整的多相材料结构拓扑优化设计

针对多相材料结构柔顺度拓扑优化问题及其存在多个局部优化解的情况,提出一种新的多相材料结构柔顺度拓扑优化问题的求解方法,并研究其获得多个局部优化解及寻找较好的优化解的能力。基于材料属性有理近似(RAMP)模型,引入可行域调整技术,构建多相材料结构拓扑优化模型及近似优化模型。提出一种改进的交替主动相算法,该算法将多相材料结构拓扑近似优化模型分解为多个含2个主动相材料体积约束的系列二元相拓扑优化子模型,并利用光滑化对偶算法进行优化求解。与现有方法相比,采用多个不同的优化初始拓扑,提出的方法可找到更优的多相材料结构拓扑,且为多相材料结构拓扑优化的多样性设计提供了一种有价值的思路与方法。

考虑设计规范的海洋平台结构选型优化

针对具体海洋环境条件和生产要求,对导管架平台结构进行选型优化——拓扑布局与构件尺寸的联合优化,充分考虑设计规范的要求,建立多设计准则、多约束条件和多荷载工况的设计模型,其中环境荷载包括:风、浪、流、海冰从不同方向对平台的作用。通过结构选型优化获得最佳的结构拓扑布局形式,在降低平台造价的同时,设计出满足结构的稳定特性、安全寿命等多种设计准则的新型平台结构。

考虑多约束和载荷随机性的稳健结构拓扑优化设计

考虑载荷大小和方向的不确定性,以结构柔顺度的期望和方差的加权和为目标函数,结构体积及多个结构位移为约束函数,研究可获得清晰优化拓扑的稳健结构多约束拓扑优化方法。给出了载荷大小和方向不确定情况下结构柔顺度期望和方差及其导数的显式近似式。结合可行域调整方案,提出具有收敛特征的结构体积和多位移约束的稳健结构柔顺度拓扑优化设计方法。研究了结构柔顺度期望和方差的权重因子对拓扑构型的影响,探讨了位移约束对结构稳健性的影响规律。算例表明,方法是可行和有效的,且可获得一系列清晰的拓扑构型和稳健的优化拓扑。

考虑多工况和病态载荷的稳健结构拓扑优化设计

多工况载荷下,结构拓扑优化中的病态载荷问题仍是一个开放的课题。因此,结合变体积约束限技术,构建新的近似拓扑优化模型,提出了一种解决结构柔顺度拓扑优化中病态载荷问题的优化方法。首先,构建多种载荷工况下结构柔顺度的双重凝聚函数,形成新的连续体拓扑优化模型。其次,基于有理分数材料惩罚模型和移动渐近线表示式,形成目标函数和约束函数的显式二次近似式。最后,利用光滑化对偶算法,给出具有收敛性的多工况载荷下连续体结构的柔顺度拓扑优化算法。给出的算例结果表明,与现有方法相比,该方法能解决多工况载荷下结构拓扑优化中的病态载荷问题,且可获得更优和清晰0/1分布的结构拓扑。