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。     

工程结构优化设计研究进展

对工程结构优化设计进行了综述,系统介绍了不确定性优化、形状优化、拓扑优化、多目标优化、系统优化等现代工程结构优化设计以及遗传算法、模拟退火算法、神经网络算法等现代仿生学寻优新方法及其应用,指出寻求目标函数和约束函数的高精度近似显式解析式和对最优准则法、数学规划法及仿生学算法进行改进、组合是工程结构优化算法发展的主要方向...     

轮胎定型硫化机结构优化设计

针对轮胎定型硫化机设计中的实际工程需求,将结构有限元分析技术与优化方法相结合,以硫化机的主要部件横梁为例,研究了硫化机的结构拓扑优化设计和结构尺寸优化设计,讨论了其中的一些关键技术,包括应力和位移约束下连续体结构的拓扑优化、基于离散变量的结构优化设计和敏度分析,工程生产实际应用验证了所述方法的有效性。     

工程结构优化中的改进生物地理学优化算法

为改进生物地理学优化(BBO)算法在工程结构优化设计中的性能,引入非线性物种迁移模型和"精英引导"等思想对BBO算法进行改进,并将算法应用于结构工程优化领域。以2个连续变量的经典桁架结构为例,进行结构在满足各项约束条件下质量最小的优化设计。数值算例表明,改进算法应用于工程结构优化设计时具有收敛速度快、稳定性好的特点,性能比BBO算法有较大提升,可以有效地应用于工程结构优化设计。     

考虑气动-结构耦合的机翼三维结构拓扑优化方法

针对机翼三维结构拓扑优化方法在工程实际应用中的气动-结构耦合问题,开发了一种在机翼翼型表面直接加载气动载荷的三维拓扑优化方法。用更接近真实工程的约束和载荷条件进行结构拓扑优化,便于考虑不同翼型之间气动载荷的差异,并兼顾拓扑优化方法的载荷敏感性;利用MATLAB编写自动网格划分、施加约束和载荷、求解优化的结构分析程序,实现气动-结构分析统一模型;最后通过实例验证了方法的可行性及有效性。结果表明该方法为载荷敏感的拓扑优化方法更精确得到符合实际工况的优化结果提供了一种实用的方案;并对于气动-结构耦合三维拓扑优化方法进行了原理性的探索研究。     

船舶结构优化设计的研究进展

阐述工程结构优化若干前沿领域,即形状优化,模糊优化和遗传优化的基本原理和特点,以及它们在船舶结构设计中的应用,形状优化把数学规划论与边界元分析相结合,模糊优化把数学规划论与模糊集合论相结合,遗传优化把数学规划论与生物进化论相结合,这些多学科交叉有力地促进了结构优化设计深入发展,取得了良好的成果。     

门架钢结构实用优化设计方法

应用自行研究开发的门架钢结构优化设计软件SOA对数百个工程实例的优化分析设计证明,应用该优化方法不仅能提高设计效率,节省钢材(与常规设计相比一般可节约钢材15%以上),而且使结构受力更加合理,安全度普遍提高.本文对该门架结构实用优化设计方法及相应的优化分析软件作了简要介绍,并通过对已建工程实例进行分析对比验证了其优化效果.     

建立应用优化模型,推进油田效益生产

辽河油田在2009年遭受国际金融危机的冲击的不利形势下,针对生产规模大、稠油热采成本高、平均单井产量低、措施投入逐年上升等生产实际,积极转变发展方式,组织开展生产管理模型的建设与应用研究,建成限产关井优化、产量结构优化、措施成本优化、稠油生产优化四个生产管理模型,有效推动了效益生产工作。     

多目标优化方法在悬架几何设计上的应用

以多体系统动力学理论为基础, 应用机械系统动力学仿真软件建立某轿车麦弗逊式前悬架模型, 联合多目标/多参数优化软件工具对悬架的结构应用遗传算法进行优化, 得出在工程可行性约束条件下的悬架优化布置方案,来提高悬架性能。最后,利用悬架台架试验对优化结果进行验证,证明了优化方法和结果的正确性。     

工业工程专业的优化方法技能教学研究

优化方法在工业工程专业应用广泛,其教学工作在工业工程教学体系中占有重要地位,而当前的优化方法的教学中普遍存在实践环节偏少等弊端。鉴于优化技能是涉及到多门课程的一种综合性的专业应用技能,提出工业工程专业的优化技能教学应该以实践与应用为主,理论教学服务于应用教学。主要围绕优化模型的建模技巧、应用软件教学和解决专业案例等方面培养学生运用优化原理与方法构建大规模优化模型的能力以及运用专业软件解决实际优化问题的能力。     

基于应力和基频的渐进优化法

根据工程实际要求,利用有限元法对结构进行静、模态分析。为了得到一质量减小、应力均匀、动态性能更优的结构,基于应力和频率删除准则,建立了一种改进的基于应力和基频的渐进结构优化算法。算法采用了灵敏度再分配法,有效抑制了优化中的棋盘格,提高了优化效果。每迭代步单元删除后,进行孤点以及单铰支检查技术,并删除,一定程度上避免了局部模态的产生。提供的算例表明了方法的简单、有效,是ESO方法在工程应用的又一次尝试,具有一定的使用价值。     

渐进结构优化方法在联轴器优化设计中的应用

针对联轴器优化设计中普遍关注的结构轻量化和最大应力最小化问题,借助Hyperworks 有限元分析软件,采用渐进结构优化方法,对SSWZ330 型十字轴万向联轴器进行了结构拓扑优化设计。优化后,可使材料节省9． 17%,工作时最大静应变减少2． 3%,最大应力减少52． 1%,改善了结构性能,减轻了结构重量,拓展了Hyperworks 软件在机械部件结构拓扑优化设计领域的实际工程应用。     

直放站技术在PAS网络覆盖优化中的应用

从网络优化的工程实际出发,阐述中国PAS通信系统的网络组成、技术特点和覆盖的现状．分析PAS网络直放站的工作原理、设备构成、性能参数及特点．提出在网络覆盖优化应用中,PAS直放站的选取原则和基本要求,并举出具体的实际应用案例．     

基于多目标协同优化算法的卫星结构优化设计

针对卫星系统中多目标、多约束、耗时的结构优化问题,建立了卫星结构的多目标协同优化模型.将协同优化方法与全局多目标优化算法相结合,并针对协同优化方法的缺陷采取一些改进措施,提出了协同优化方法与全局多目标优化算法(CO-PE)组合优化方法.以某卫星结构多目标优化问题为例,在iSIGHT优化软件中对卫星结构进行多目标协同优化设计,通过CO-PE组合优化方法获取Pareto最优解集.优化结果表明,多目标协同优化模型能够简化优化问题的复杂度,基于近似模型的CO-PE组合优化方法具有较好的准确性和高效性,对实际工程中类似的复杂结构优化问题具有一定的参考价值.     

沥青路面结构优化的均匀设计方法

在分析现有沥青路面优化研究的基础上，综合考虑路面初建、养护维修与用户费用及路面残值，并以此为目标函数，建立了沥青路面结构优化数学模型，应用基于数论方法的均匀设计方法进行求解并编制了相应程序，结合实际工程进行了计算分析。结果表明，该法计算速度快，并有较高的精度，是一种简便有效的沥青路面结构优化方法。     

折板结构的拓扑优化设计

从工程实际出发，引用一种折板结构代替板肋结构〔１〕，并应用折板结构的力学特性，建立了约束隐函数同几何设计变量的近似关系式．结合可行方向法的思想，提出一个不必对约束隐函数求偏导数，不必求解线性规划的优化算法，有效地解决了该类结构的拓扑可调优化问题．应用实例表明，算法的优化效果良好     

基于可靠性的结构动态拓扑优化方法

实际工程结构设计往往在确定性范畴内进行,所得结构存在较大失效可能性.基于此,提出一种基于可靠性的连续体动态拓扑优化方法,将结构可靠性分析方法嵌套到连续体拓扑优化中.考虑了结构几何尺寸和材料体积的不确定性,并用高斯分布来度量.将结构可靠度作为约束嵌套到连续体拓扑优化中,属于二次嵌套优化问题,但计算效率低下,不适于工程应用.提出一种解耦策略将结构可靠性分析从连续体拓扑优化中解耦出来,使结构可靠性分析与动态拓扑优化为两个独立的优化循环,大大提高了计算效率.建立以结构基频最大为优化目标,满足一定体积约束和可靠度要求的优化问题,利用各向同性材料惩罚模型(SIMP)和移动渐进方法(MMA)求解该优化问题.所提方法可以得到满足不同可靠度要求的一系列最优结构,并用标准算例验证其有效性.     

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.     

局部约束阻尼层铺设的优化设计

在板状结构的抗噪减振中,约束阻尼层的铺设应用是非常广泛的,特别是局部约束阻尼的铺设。该文在Ansys环境下,主要研究了关于局部约束阻尼层铺设的优化问题。首先讨论了约束阻尼的有限元建模方法,然后应用该有限元模型,以提高前若干模态阻尼为目标,采用Cellular Automa-ta及该文改进算法(CAM)探讨了约束阻尼层的拓扑优化。在此基础上,提出了同时考虑局部约束阻尼拓扑形状优化和多设计参数优化的综合方法。仿真结果表明,该方法可以获得更高的阻尼添加效率,可以为板和圆柱壳等工程结构约束阻尼层的铺设提供一定的设计准则。     

基于拓扑优化的钢桥结构合理构型研究

采用拓扑优化的方法,对钢桥结构的合理构型设计进行了研究.首先,基于Hypermesh建立了一个矩形区域的初始有限元模型,在赋予钢材参数后,进行了静力分析.然后,对模型设定可设计区域,以结构刚度为约束条件,结构总质量最小为目标函数,应用OptStruct对钢桥进行了拓扑优化.最后,提炼结构优化后的计算模型,重新进行有限元静力分析,得到结构的位移和应力分布,并将优化结果与初始模型的结果进行了对比分析.研究结果表明:优化后的结构合理构型表现为拱和桁架的组合结构,通过优化设计,在结构刚度和强度基本不变的情况下,钢桥结构的总质量可降低54%.该方法应用于一个旧桥加固工程中,有效性和可行性得到了验证.