中国钢桥

介绍了我国钢桥的发展及国内外的钢桥比较;论述了建造钢桥的钢材及其要求的化学成分和物理力学性能。     

结构拓扑及参数优化研究的发展

首先介绍了关于结构优化的基本问题,然后按其分类方式阐述了各种优化方法的研究现状,最后对结构拓扑优化中的常用算法及其常见的数值不稳定现象进行了分析.     

结合拓扑分析进行平面连续体拓扑优化

避免目前平面连续体结构拓扑化过程中经常出现的单元铰接以及“棋盘格”等现象,研究了边疆体结构拓扑优化过程的拓扑分析方法,以及在计算机上实现的简便算法,根据代数拓扑理论,单元及连续体的边 作为1－复形进行运算,利用图论中的邻接向量概念,在计算机上实现了结构的拓扑描述及在扑运算,得到了结构在拓扑演化过程吵的拓扑特性,方法简单,可靠,在一定的拓扑约束下,根据应力分析结果,采用删除单元,单元退化,移动节点等方法,可以用较少单元得到更为满意的结果,提高计算效率,为演示方法的有效性,给出几个包括常见经典问题的解答。     

基于SiPESC平台的拓扑优化模块开发及应用

介绍一种具有良好的开放性和可扩展性,并支持多人、多组织协同开发的结构拓扑优化系统SiPESC.TOPO,其基于CAE软件平台SiPESC以及相关的软件开发机制和设计模式,并集成了结构拓扑优化技术研究的新成果.以结构最大化刚度设计为例,具体描述了SiPESC.TOPO的设计思想和开发过程,最后给出应用实例.结果表明SiPESC.TOPO可方便集成结构建模、分析、优化、可视化后处理等系列操作,具有良好的工程适用性.     

基于均匀化理论的拓扑优化算法研究

在研究均匀化理论和拓扑优化理论基础上，推导了复合材料的均匀化求解方程，并将均匀化理论应用于拓扑优化中，推导了基于均匀化理论的二维拓扑优化求解算法。     

基于整车虚拟样机的车体结构拓扑优化

基于整车零部件几何模型,结合车体的有限元网格划分及模态分析,构建履带装甲车辆刚柔混合虚拟样机,进行典型工况下的多体动力学仿真分析,输出若干关键时间点车体承受的荷载.利用有限元分析技术将荷载加载到车体有限元模型上,对车体进行结构力学分析和多荷载步拓扑优化.根据拓扑优化结果修改车体局部结构,并重新构建虚拟样机模型再次进行仿真分析,将应力和变形分析结果与原仿真结果进行比较.结果表明,结合动力学仿真和有限元分析进行结构拓扑优化,可以改善关键零部件的力学性能,提高刚强度,为改善装甲车辆的结构性能提供了一种有效方法.     

渐进结构拓扑优化在重力坝中的应用研究

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.     

日本钢桥新技术概述

钢桥是日本最常见的桥梁形式之一,其设计与建造技术也处在世界前列。钢桥的结构形式随着时代的发展而不断地进行着改进,下面介绍日本钢桥几种新的桥型以供参考。     

基于变密度法的结构强度拓扑优化策略

基于变密度法的结构强度拓扑优化中,优化结果存在灰度单元,导致结构应力水平难以准确预测,后处理前后结构应力水平变化较大.该研究通过采用基于过滤-投影的结构参数化方法,实现在迭代优化过程中结构中间密度单元比例不断下降.通过研究结构比强度问题主要优化参数对寻优过程、优化结构强度的影响规律,提出了先结构拓扑优化、后近似形状优化...     

离散体结构拓扑优化综述

本文分析了离散体结构拓扑优化的尺寸、独立拓扑变量及布局优化模型,讨论了基结构在工程设计和实际应用方面的缺陷及解决方法,评述了离散体结构拓扑优化的求解算法,简单介绍了离散体结构拓扑优化在实际工程中的应用,对拓扑优化的进一步理论研究、实际应用、软件开发做出了展望。     

采用类桁架优化方法研究大跨桥梁的构形

采用类桁架拓扑优化方法研究大跨桥梁的选型.通过求解应力约束体积最小类桁架结构拓扑优化问题,得到不同跨高比下桥梁结构的拓扑构形,验证了桥梁构形与跨高比有关.典型算例结果表明:文中方法在大跨桥梁选型中可以节约成本、提高结构性能和缩短设计周期.     

基于拓扑优化的复合材料汽车座椅骨架设计

为满足汽车座椅轻量化和安全性的需求,综合采用轻量化材料和结构拓扑优化设计技术,提出了一种碳纤维复合材料乘用车座椅设计方法.新型座椅骨架由碳纤维层合板外壳和短切碳纤维加强筋两部分组成.首先,为提高座椅结构刚度和稳定性,利用结构拓扑优化技术在碳纤维层合板外壳区域内布置合理的加强筋,然后,通过优化碳纤维层合板外壳,提高结构整体刚度,降低骨架质量.结果表明,与参考钢制骨架相比,新型座椅骨架不仅整体刚度得到大幅提升,而且质量减少了30.72%,有显著的轻量化效果.     

基于蚁群优化算法的钢架结构优化设计

采用蚁群优化算法对3跨24层168杆件的钢架结构重量进行优化计算,并对此结构采用美国钢结构规范(ASCI)、英国钢结构规范(BC5990)、国标钢结构规范(GB50017)3种规范体系进行对比分析。分析结果表明,基于TSP模型的蚁群优化算法对钢框架结构优化设计具有很好的适用性,尤其是对复杂钢结构的优化设计具有更快更强的适用性。     

应用类桁架模型的连续体拓扑优化方法

为了避免棋盘格、单元铰接等数值不稳定现象,研究了基于类桁架模型的连续体拓扑优化方法.将单元节点处材料密度的大小和方向作为设计变量,采用满应力优化准则对材料密度大小进行优化.为了形成带孔洞的匀质连续体,对设计变量增加了上下限约束,剔除密度低于一定下限的节点,限制节点密度.算例结果表明:不需要进一步处理,就能从类桁架连续体中获得清晰的带孔板.     

生命线工程网络抗震优化算法研究

以生命线工程网络系统造价为优化目标,网络拓扑结构为优化参数,网络节点抗震连通可靠度为约束条件,建立生命线工程网络系统的抗震拓扑优化模型.同时,介绍了利用递推分解算法来获得单元重要度的方法,进而利用遗传算法、模拟退火算法和遗传-模拟退火混合算法,进行了生命线网络系统的抗震拓扑优化分析.其中,遗传算法通过对种群选择、交叉和变异操作不断进化以获得优化解,模拟退火算法则通过扰动当前解产生新解来获得优化解,遗传-模拟退火混合算法则通过将遗传算法中的变异操作以模拟退火操作代替获得优化解.利用三种优化方法对两个算例进行生命线工程网络系统的抗震拓扑优化分析.计算结果对比表明,遗传-模拟退火混合算法具有最好的优化能力.     

SIMP拓扑优化的拉压杆模型研究

采用SIMP应变能最小化的优化准则方法,对基于拓扑优化技术建立拉压杆模型的设计流程进行了深入研究.并对基于SIMP法拓扑优化建立拉压杆模型的影响因素进行了系统研究,总结出将最优拓扑转化为构件拉压杆模型的原则.为验证其最优性,对一简支开洞深梁建立了多种拉压杆模型,并与基于SIMP法的拓扑优化建立的拉压杆模型,通过承载能力和有效系数进行方案的比选.研究结果表明基于SIMP拓扑优化的拉压杆模型应变能和钢筋体积比最小,而承载能力较大.     

基于机桥耦合振动的滑行道桥优化设计研究

为优化滑行道桥的受力性能,对飞机-滑行道桥耦合振动响应规律进行了深入研究。通过建立滑行道桥简支梁和连续梁的理论方程,借助有限元软件ANSYS对比分析了简支梁桥截面形式、跨度以及连续梁桥跨数、边跨比对机桥耦合振动的影响。结果表明,当简支梁桥的截面高度和跨度相同时,箱型梁桥的跨中最大挠度要显著小于T型梁桥,而基频均高于T型梁桥。滑行道桥的基频和跨度都会影响结构的振动响应,桥梁的跨中最大挠度随着跨度的增加,先减小后增大;当滑行道桥跨度较小时,由于其基频和飞机振动频率接近,跨中位移响应较大,随着跨度的增加,滑行道桥基频和飞机频率逐渐远离,跨中最大挠度逐渐减小,当跨度达到一定值时,跨中最大挠度再次增加。综合考虑基频和跨度的影响,对于A320飞机,17～20 m跨度的滑行道桥振动响应最小。对于连续梁桥,随着跨数的增加,滑行道桥跨中最大挠度逐渐下降趋于平缓,对于跨度约20 m的连续梁滑行道桥,四、五跨数是较好的桥梁形式,且最优边跨比分别为0.95和0.94。研究结果为滑行道桥结构的优化设计与诊断技术提供重要的参考依据。     

基于深度学习的多材料结构拓扑优化方法

提出了一种基于深度卷积神经网络（CNN）的多材料结构拓扑优化方法,实现在不需要任何迭代分析的情况下,在极短的时间内预测出多材料优化结构。研究中,采用了流行的U-Net网络结构,以提高神经网络的边界提取能力。通过有序多材料SIMP（各向同性实材料惩罚密度法）插值方法（Ordered SIMP）生成随机加载条件、质量分数及成本分数下的多材料优化结构数据集,训练得到深度学习神经网络。将所提出方法的效率和精度与传统算法进行比较,对该方法的性能进行评价,结果表明,该方法在几乎不牺牲设计方案性能的前提下,显著降低计算成本。该方法对于拓扑优化在未来多材料结构设计实践中具有巨大潜力和广阔应用前景。     

考虑拓扑规划与管线选型的区域综合能源系统优化配置方法

区域综合能源系统是一种集多种能源生产与转换为一体的,具有能源利用效率高、多能源协调互补以及清洁低碳为特征的综合性能源生产形式。研究综合能源系统的优化配置方法有助于系统节能减排、保障地区用能安全以及促进可再生能源大幅消纳。本文建立了含拓扑规划的区域综合能源系统优化配置模型。其基本思路是以分布式能源站为基本供能单元,通过引入电力线路与输热管道的选型和容量配置约束,将分布在不同地区的能源系统连接在一起;其次,考虑了管网损耗、容量上限以及电压幅值等因素影响,以经济性最优为目标,综合考虑投资成本、替换成本与设备残值收益,构建了面向多区域能源互联系统的混合整数线性规划模型。算例测试结果表明,本文建立的规划模型可以有效减少冗余设备的安装容量,提高规划方案的经济性以及系统的综合能效,对于多区域综合能源系统的规划及建设具有一定的参考价值。     

基于拓扑优化技术的导光板散射网点设计方法及其实现

为了解决机舱导光板传统设计方法下出光不均匀问题,根据球面点光源在空间中的光学传播特性以及导光板散射网点的散射原理,建立了三维坐标下的光照度模型,将拓扑优化理论与出亮度-网点直径数学模型相结合,以导光板散射网点直径为设计变量,以光照度-网点直径数学模型为目标函数来建立拓扑优化模型,推导出了一种基于拓扑优化方法的导光板散射网点出射照度的最优化设计方法。利用MATLAB编程对模型进行最优化求解和仿真,对仿真结果进行归一化,最终得到基于MATLAB程序下的导光板散射网点模拟仿真效果图,实现了通过导光板反射光的亮度最均匀化。将仿真结果与现有传统的光学软件下的结果进行对比,显示该方法下的散射网点仿真效果及出光均匀度优于传统光学方法下的仿真效果。