结构优化导重准则及其意义与合理性

导重准则是根据数学规划的库恩-塔克极值条件严密推导的结构优化理性准则,导重准则可表述为"最优结构应当按照导重正比分配结构重量",意义明确、形式简捷,便于应用.导重准则法克服了虚功准则法无法考虑载荷随设计变量变化导数的缺陷,具有优化效果好、优化迭代前几步收敛快的明显优势.论文从结构优化基本形式出发给出导重与导重准则更加规范、更具一般性的数学表达与力学意义,创新之处在于对照优化设计基本理论对导重准则的合理性以及导重准则对结构优化寻优迭代的指导意义给出深入思考与剖析,解决了最优结构为什么要按导重正比分配重量的问题,并首创了衡量结构设计最优化程度的最优性定量指标,为导重准则法在工程结构中的广泛应用奠定可靠理论基础.

残损航空器搬移拖车悬臂的拓扑优化

首先,采用导重准则法对在固定载荷下以位移为约束的拓扑优化问题进行计算,运用一种新的插值模型推导了在单工况作用下的最小质量拓扑优化迭代算法,并通过一个算例验证了该算法的可行性。然后,将该算法应用于残损航空器搬移拖车悬臂的拓扑优化设计中,将由此获得的悬臂的拓扑形貌与结构优化软件Optistruct得到的拓扑结果进行对比。结果表明,二者的迭代速度差别不大,且导重准则法的优化效果更好。作为概念设计,所得的拓扑形貌为以后悬臂结构的优化设计提供了有效参考。

平面五杆结构的优化设计

虚功准则法在结构优化设计中应用非常广泛,但虚功准则法不能考虑载荷对设计变量的导数,这样对外载包括自重及惯性载荷的结构优化效果不理想。采用AN SY S与导重准则法相结合的优化方法对平面五杆结构进行了优化,并与虚功准则法的优化结果进行了比较。实验结果证明了该方法的有效性和可行性。