硕士论文-基于ansys平台的连续体结构拓扑优化方法研究.pdf

同济大学土木工程学院
硕士学位论文
基于ANSYS平台的连续体结构拓扑优化方法研究
姓名:李湘沅
申请学位级别:硕士
专业:结构工程
指导教师:许强
20070401
摘要本文针对渐进结构优化方法诹褰构拓扑优化中的应用;基于砑ぷ髌教ā?7⒘司哂斜疚乃枷氲慕峁拓扑优化算法及数值实现。首先,在砑ぷ髌教ㄏ拢源车腅方法进行了数值实现。然后,在传统的椒ǖ乃枷牖∩希谰菸灰屏槊舳鹊姆治觯涎细竦氐出了应力灵敏度;并根据载荷最优传递路线的概念提出了一种具有应力约束的连续体结构拓扑优化的删除策略。与传统的椒ㄏ啾冉希彝ü邓憷验证本文方法具有更强的寻优能力。在有应力约束下的连续体结构拓扑优化中采用本文方法可以取得较为满意的优化结果。由于应力约束按单元计,使得连续体结构拓扑优化由于约束数目太多,导致应力灵敏度分析计算量太大而无法接受。为了提高椒ǖ男剩慷壤砺郏岢隽擞αυ际ň只矸椒ǎň植康挠αυ际侍庾;为结构整体的应变能约束问题。算例表明该处理简单有效。这样的处理亦可应用于多工况作用下的连续体结构拓扑优化问题。在结构优化设计的软件实现方面,基于已有商业有限元分析软件,提出了一套结构优化设计的软件实现解决方案,并以广泛使用的砑魑7治平台,阐述了优化软件实现的过程。这部分的工作对今后优化设计的软件开发关键词:连续体结构,渐进优化方法,拓扑结构,单元删除策略,数值实现具有指导作用。
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第滦髀引言最优化就是在拟定目标下“寻优6杂诮峁股杓贫裕创铀锌赡艿纳计方案中通过优化算法寻找既经济又合理的一种方案。如在进行工程设计、物资运输或资源分配等工作中,应用最优化技术,可以帮助我们选择出最优方案,或作出最优决策。结构设计作为工程设计的重要组成部分,一直受到人们的密切关注。一个优秀的结构设计首先应确保工程结构具有足够的可靠性——满足工程结构的安全性,适用性和耐久性的要求。在此基础上,还应考虑方案的经济性,在可行设计方案中寻找最优设计,从而做到经济实用。在科学的结构分析方法诞生以前,结构设计是以模型试验和经验估算为主的原始方法进行的,此种结构设计的主要目的也只是简单地满足安全使用,由于没有正确的方法指导,常常造成不必要的材料浪费及结构布置的不合理。随着力学和材料科学的发展,结构工程师们逐渐掌握了结构分析理论和方法并将之用于工程实践中。但在初期,由于理论的不完善和计算手段的局限,结构设计仍是以倾向结构安全为主而较少兼顾方案经济性的。到了近代,特别是运筹学,有限元分析的出现和计算机在工程中的日益广泛运用,结构设计中寻求同时兼顾可靠性与经济性的方案已成为可能,结构优化设计作为一种理论由此孕所谓结构优化设计就是在满足各种规范或某些特定要求的条件下使结构的某些广义性能指标缰亓俊⒃旒邸⒏斩然蚱德为最佳。也就是在所有可用的方案中,按某种标准找出最优方案。在这种情况下,力学及优化在工程设计中所起的作用便由过去的“分析和校核’’发展为“布局和选型’’【俊结构优化设计的理论研究从马克斯威尔理论,兔仔6桁架出现起已经历百年,从施密特用数学规划来解决结构优化设计算起亦有多年历史,特别是近年来,在理论、算法和应用方面都取得了长足的发展。应用优化的领域涉及航空航天、机械、土木、水育而生。
蟛≤毛≤《、汽车、轻工纺织、能源工业以及军事工业等诸多方面;主要处理那些具有复杂结构系统的设计,如飞机、卫星、机器人、射电望远镜等,或者大规模的工程建设,如大坝、桥梁、核电站,或者产量大的汽车、机械和轻工产品以及创新型的产品设计。优化的应用研究还扩大到国土开发与资源利用、环境监控与生态保护,以及海洋工程等领域,并且作为一种技术手段用于解决诸如系统结构优化设计可用数学式表达如下:以玩其中