渐进结构拓扑优化在重力坝中的应用研究

摘要:实体重力坝是重力坝坝型的发展趋势。文章以ANSYS10.0为平台,结合APDL语言,在传统的渐进结构优化（ESO）思想的基础上,采用结构的应变能删除准则,对实体重力坝非溢流坝段进行拓扑优化。优化结果表明：结构的应力和抗滑稳定均满足规范要求,且优化结果与工程实际要求较吻合,同时也从数值上验证了此方法对实体重力坝非溢流坝段进行拓扑优化是可行和有效的。     

泌阳县盘古山水库砌石坝结构布置及水力计算

盘古山水库是一座拟建水库,坝体拟采用浆砌石重力坝型式。砌石坝沿坝轴线从左至右分别为左岸非溢流坝段、溢流坝段与右岸非溢流坝段,溢流坝段为开敞式溢流堰,下游采用挑流消能。     

考虑材料非线性的结构拓扑优化研究综述

结构拓扑优化作为结构设计的重要组成部分,正变得越来越重要.目前国内外学者对结构拓扑优化的研究仍主要局限于材料的线性变形范围,但实际许多工程结构都会产生材料非线性响应,如设计在一定地震载荷下坏而不倒的房屋结构,此时要得到更加符合实际的拓扑构型,就需要考虑材料非线性进行结构拓扑优化设计.笔者对材料非纯属结构拓扑优化研究进行了综述,并提出了展望.     

三峡工程大坝设计

三峡工程大坝为混凝土重力坝,坝顶高程185 m,最大坝高181 m,坝轴线全长2 309.5 m,分为泄洪坝段、厂房坝段、非溢流坝段、升船机坝段、临时船闸坝段、左导墙坝段和纵向围堰坝段。笔者着重从泄洪建筑物水力学、坝体分缝、电站引水压力管道布置及结构形式、坝基深层抗滑稳定、临时船闸封堵、坝基封闭抽排等方面对大坝结构设计进行了简要介绍。     

发动机附件支架多工况拓扑优化研究

文章采用Optistruct软件提供的优化方法,对某发动机附件支架进行多工况拓扑优化分析;以附件布置的剩余空间为基础创建初始结构,并对其实施静态和模态分析;依据计算结果及设计要求实施以位移和模态频率为约束条件的拓扑优化分析;参考优化后的最优拓扑并结合工艺要求,确定支架设计方案并对其进行验算.实践证明,该方法能有效地在有限的空间内给出质量最轻、刚度最大的支架结构.     

基于ABAQUS的多载荷工况结构拓扑优化设计研究

如何高效、准确的对拓扑优化问题进行求解是结构优化领域发展的重点.本文提出了一种以体积为约束的多载荷工况下柔顺度最小的优化方法.在优化迭代过程中,为使优化拓扑有较好的0-1分布特征,确保优化迭代中的结构非奇异及快速收敛,采用改变体积约束限和调整设计空间策略.基于导重法给出了结构拓扑求解算法,给出的算例证明该方法不仅迭代次数少而且求解效率高,具有清晰的0-1分布.     

基于Ordered SIMP插值模型的 点阵-实体复合结构拓扑优化设计方法

为了提高点阵材料结构件的力学性能,提出了一种基于Ordered SIMP方法的点阵-实体复合结构拓扑优化方法.采用一种三维X型微结构单元作为点阵材料,通过数值拟合建立点阵材料相对密度与其等效物理属性之间的函数关系.在宏观结构拓扑优化问题中,以点阵材料等效密度为设计变量,基于Ordered SIMP插值方法建立点阵材料和实体材料相结合的多材料插值模型,进而,以材料体积用量为约束,以结构柔度最小化为目标实现点阵-实体复合结构的多尺度拓扑优化设计.通过数值算例和实验测试表明,相比于仅使用点阵材料填充的设计,本方法能够获得更好的结构刚度.     

离散变量桁架结构拓扑优化的杂交算法

为了加快遗传算法的进化过程,提出了遗传算法和拟满应力算法相结合的杂交算法,并将它应用于离散变量桁架结构的拓扑优化问题·在对桁架结构受力分析的基础上,提出一种启发式方法对随机生成的拓扑结构形式作必要修正,以快速产生符合机动性要求的拓扑结构形式·利用遗传算法进行桁架结构拓扑优化,用拟满应力算法进行截面优化,并将截面优化的结果传递给遗传算法作为拓扑优化中遗传操作的根据,这样大大减少单纯用遗传算法进行优化的解空间,从而加快搜索进程·算例的结果表明,该方法用于桁架结构拓扑优化是简单、快速和有效的·     

基于多目标的车身结构静动态参数协同优化

文章建立了某小型休闲车(small recreation vehicle,SRV)车身结构有限元模型,通过数值计算与试验模态的对比分析验证了模型的准确性;对白车身的弯曲、扭转刚度进行分析同时关注车身的低阶模态频率,提出了一种以静态多工况结构刚度和振动频率为目标函数、基于实体各向同性材料惩罚函数的拓扑优化方法;用折衷规划法定义多目标拓扑优化和多刚度拓扑优化的目标函数,以平均频率法确定振动频率目标函数,得到了同时满足静态刚度和低阶振动频率要求的白车身的结构拓扑。该文方法实现了静态刚度和低阶振动频率的协同优化,优化结果显示车身刚度和低阶频率值均有所提高,结构更趋于合理。     

高拱坝体型三维拓扑优化研究

应用三维拓扑优化理论,编制了相应的计算程序,并结合高拱坝结构特点,固定拱坝上游面,对高拱坝三维空间结构进行了拓扑优化计算.结果表明,优化所得拱坝体型与常规坝体体型基本一致,强度满足应力要求.     

基于XGBoost-PSO的混凝土重力坝体型多目标优化设计

为解决重力坝优化设计以截面尺寸作为唯一设计变量,缺乏考虑材料属性对重力坝优化设计影响的问题,综合经济、抗震安全进行重力坝多目标优化设计方法研究,构建了综合经济、抗震安全指标的多因素评价体系;采用ABAQUS软件对重力坝进行有限元静动力分析,基于计算结果采用变权功效系数法进行量化评价;采用XGBoost-PSO算法进行寻优得到最终优化方案。实例验证结果表明：多目标优化方案与初始方案相比,在经济、抗震安全指标上都得到了明显改善;相比传统单目标优化模式,经济、安全多目标优化更适用于抗震安全要求高的重力坝工程。     

混凝土重力坝剖面优化设计的数学模型研究

混凝土重力坝的实用剖面优化设计是根据安全、经济和强度要求,通过分析计算,选择一个体积最小、施工方便的剖面形态和轮廓尺寸。本文建立了混凝土重力坝结构优化设计的数学模型和优化设计的VB软件,并应用该软件对工程实例进行了优化设计,结果证明该优化设计方法及软件具有较好的工程实用性。     

用ANSYS进行实体重力坝断面优化

重力坝断面优化是一类常见优化问题，传统优化方法建模利用嫡程迭代优化，虽能得到优化序列，但对坝体整体的力学状态不能很好描述，同时模型离散化程度不高，因而计算精度也较低。利用有限元分析软件ANSYS对重力坝进行整体模拟，细化了单元。得到了各阶段的力学指标。使用ANSYS优化技术进行断面优化，取得了满意的效果。     

模糊优化在坝工结构设计中的应用

采用模糊优化方法探讨坝工结构设计问题，以重力坝为例，研究了该坝型结构设计中的模糊性因素及其隶属函数，提出了模糊优化设计数学模型，以某重力坝断面的模糊优化计算，说明模糊优化正常规优化具有更高的经济效益。     

空间光学遥感器长条形反射镜集成优化设计

针对空间光学遥感器离轴三反光学系统主镜的高轻量化率、高面形精度要求,提出了一种长条形反射镜集成优化的设计方法。首先利用变密度的拓扑优化方法分别得到刚度最大化和一阶频率最大化的反射镜拓扑模型,综合两种拓扑模型得到了反射镜的集成设计方案;然后提出了基于镜面变形值的镜体加强筋变量拓展优化方法,进行了设计变量的灵敏度分析,并对反射镜局部加强筋进行了多变量尺寸优化,得到了该长条形反射镜的最佳轻量化结构;最后对优化结果进行了有限元分析,仿真结果表明反射镜在优化后的面形精度有了显著提升,镜体质量仅为8.65 kg,与实心镜体相比轻量化率达到了80.9%。在Z向1g重力作用下,镜面面形精度峰谷值为23.70 nm,均方根值为4.54 nm,该优化方法能很好地满足设计要求。     

细菌群体趋药性算法在多元非线性回归分析中的应用

利用细菌群体趋药性优化算法的优化速度和精度超过其他一些常见群体优化算法的优势,对多元非线性回归问题进行分析,并将该方法应用到混凝土重力坝顺河向位移的预测中,分析结果表明拟合效果较好,为解决回归问题提供了一种新思路.     

基于ADINA的重力坝流固耦合动力特性分析

主要探讨了固体与水体相互作用下的动力特性。首先进行纯固体结构的自重以及频域计算,其次结合Westergarrd理论方法,采用ADINA-FSI方法完成重力坝的全流构耦合计算研究。探究了水体的存在下的坝体应力以及水体对结构的自振频率影响。计算结构表明:流构耦合模型计算结果,结构大部分位移较小,更能反映水体-固体相互作用的要求,从而得出一些有价值的成果供工程设计参考。     

基于遗传算法的带缝重力坝弹性模量反分析

根据混凝土重力坝坝顶水平位移观测资料,采用逐步回归方法分离出了坝顶水平位移的水压分量;以大坝和基岩的弹性模量识别反问题作为优化问题,利用改进的遗传算法,并借助接触单元模拟坝体纵缝进行了有限元反演分析.某带缝重力坝数值计算实例表明,该计算方法能够较好地反映坝体结构的实际状况,参数反演分析计算效率高,计算结果与现场试验值及经验数据吻合较好,具有较高的合理性与可靠性.