三维结构虚拟设计方法及其SVDS-Ⅰ型软件系统研制

为了解决三维实体结构虚拟设计中结构的奇异性问题,引进了一种结构优化近似模型,并形成了一种三维实体结构虚拟设计方法.然后,给出了几种典型工程结构和机械结构的虚拟设计实例.设计实例说明了该方法的有效性.最后,介绍了研制的结构虚拟设计软件系统-Ⅰ型(SVDS-Ⅰ)的基本功能、发展和应用前景.     

基于导重法的结构拓扑优化

针对体积约束和结构柔顺度最小的结构拓扑优化问题,结合一种新的插值过滤技术,引入导重法,形成了一种考虑结构柔顺度要求和基于设计空间调整的结构拓扑优化方法．算例结果表明,该优化方法具有迭代次数少、收敛速度快和优化效率高等特点,并验证了其可行性和高效性．     

涉及恒载和活载的桥梁结构拓扑优化设计

桥梁结构一般受到恒载和活载的作用,在其结构的拓扑优化过程中必须考虑载荷的变化．为了解决桥梁结构拓扑优化的应用问题,首先给出了桥梁结构的优化数学模型,结构活载采用效率活载替代;而后导出了涉及桥梁结构恒载和活载的多载荷工况的位移灵敏度公式,建立了考虑应力和位移要求的多约束三维结构优化算法．给出的两个拱桥仿真算例验证了方法的有效性和正确性．     

基于Heaviside密度和灵敏度过滤的多位移约束结构拓扑优化

针对位移约束重量最小的有限元结构优化问题,结合独立、连续、映射（ICM）方法和体积不变的Heaviside密度过滤技术以及灵敏度过滤方法,建立了一套高效的位移近似表达式.结合多位移约束措施和对偶理论,形成了一种基于Heaviside密度和灵敏度过滤的多位移约束结构拓扑优化方法.算例的结果证明了此方法的有效性和高效性,并且能够得到清晰的0/1分布.     

基于水平集演化的结构拓扑优化解分析

针对界面力的大小、作用的位置以及部分给定位移的结构边界始终保持不变的要求,以工程技术人员易懂的方式,导出了基于水平集演化的结构拓扑优化问题的最佳解的必要条件,并构建了相应的法向速度场,研究了由该法向速度场导出的序列解的收敛特性.     

一种考虑位移和应力约束的结构拓扑优化方法

为了研究位移和应力约束以及重量最小的结构拓扑优化问题,基于ICM（独立、连续、映射）方法和渐进结构优化方法的思路,提出了一种考虑位移和应力约束的结构拓扑优化方法．在优化迭代循环的每一轮子循环迭代求解开始时,为了控制拓扑设计变量的变化量,依据结构位移、应力量和其约束限,形成和引进了新的位移和应力约束限．研究了位移线性近似式和应力约束转换表达式,建立了单元删除阚值和几轮迭代循环的单元删除策略．为了确保优化迭代中结构非奇异和方法具有增添单元的功能,在结构孔洞和边界周围引入了一层人工材料单元,并建立了一套有效结构信息到结构最大设计域信息的映射转换方法．结合拉格朗日乘子法,改进了子循环迭代中连续拓扑变量的求解方法,形成了一种新的连续体结构的拓扑优化方法．给出的算例验证了该方法的正确性和有效性．     

基于一种新的应力准则的渐进结构优化方法

根据工程优化设计中最关注的材料利用率和最大应力最小化问题，引入且导出了应力评估参数，并基于此参数和单元的应力水平，提出了一种新的应力准则．该方法能有效缓解在删除无效材料时可能导致的应力集中．用两种不同方法对悬臂梁进行了优化设计，实例说明这一方法比传统的基于应力的渐进结构优化方法更为有效．