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A Parameter-Free Approach to Determine the Lagrange Multiplier in the Level Set Method by Using the BESO 被引量:1
1
作者 Zihao Zong Tielin Shi Qi Xia 《Computer Modeling in Engineering & Sciences》 SCIE EI 2021年第7期283-295,共13页
A parameter-free approach is proposed to determine the Lagrange multiplier for the constraint of material volume in the level set method.It is inspired by the procedure of determining the threshold of sensitivity numb... A parameter-free approach is proposed to determine the Lagrange multiplier for the constraint of material volume in the level set method.It is inspired by the procedure of determining the threshold of sensitivity number in the BESO method.It first computes the difference between the volume of current design and the upper bound of volume.Then,the Lagrange multiplier is regarded as the threshold of sensitivity number to remove the redundant material.Numerical examples proved that this approach is effective to constrain the volume.More importantly,there is no parameter in the proposed approach,which makes it convenient to use.In addition,the convergence is stable,and there is no big oscillation. 展开更多
关键词 Lagrange multiplier threshold of sensitivity beso method level set method topology optimization
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基于改进BESO法连续体结构拓扑优化研究 被引量:1
2
作者 南波 王露婕 +2 位作者 梁家聪 迟远鹏 刘文合 《沈阳农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期583-593,共11页
拓扑优化与传统尺寸优化和形状优化相比,提供了更广泛的设计灵活性,其应用越来越广泛。伴随着结构拓扑优化的发展,其优化方法也在不断进步,因此,其方法的研究凸显出重要的理论及工程应用价值。由于双向渐进结构优化方法(bi-directional ... 拓扑优化与传统尺寸优化和形状优化相比,提供了更广泛的设计灵活性,其应用越来越广泛。伴随着结构拓扑优化的发展,其优化方法也在不断进步,因此,其方法的研究凸显出重要的理论及工程应用价值。由于双向渐进结构优化方法(bi-directional evolutionary structural optimization,BESO)有很强的通用性,理论和程序实现简单,优化效率高,能够得到一系列黑/白分布的拓扑构型,正日益广泛地应用于工程实际当中。但双向渐进结构优化方法和其改进的方法在对于解决应力约束下的拓扑优化问题上一直都存在着不可忽视的问题。针对连续体结构,采用ABAQUS软件和改进双向渐进结构优化方法相结合来实现结构的拓扑优化,从而能够解决应力约束拓扑优化问题,进而证明其优越性以及应用在工程实例的可行性,详细描述BESO方法及其在工程领域中的应用,分析双向渐进结构优化方法成功的根本原因,以及相较于其他拓扑优化方法的优点,然后基于约束条件优化问题,提出约束条件与拓扑变量的关系。以结构应变能最小化为目标,利用拉格朗日方法推导出以应力约束作为约束条件,对C形夹、工字钢梁结构进行拓扑优化,验证了改进双向渐进结构优化法的有效性,提高了材料利用率,从而验证了改进双向渐进结构优化法在实际工程中的可行性。 展开更多
关键词 拓扑优化 改进beso 有限元分析 最小应变能
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基于最低灵敏度区域更新的改进双向渐近结构优化方法
3
作者 刘辉 杨旭东 孙栋 《机电工程》 北大核心 2025年第9期1759-1770,共12页
针对双向渐近结构拓扑优化方法(BESO)中灵敏度过滤引发的原始信息偏差及算法收敛性不足的问题,提出了一种最低灵敏度区域更新法。首先,找出了灵敏度值过滤前的最低一批单元在有限元划分后的网格中的位置信息(简称为最低灵敏度区域),在... 针对双向渐近结构拓扑优化方法(BESO)中灵敏度过滤引发的原始信息偏差及算法收敛性不足的问题,提出了一种最低灵敏度区域更新法。首先,找出了灵敏度值过滤前的最低一批单元在有限元划分后的网格中的位置信息(简称为最低灵敏度区域),在灵敏度过滤后,仅在最低灵敏度区域中进行了设计变量的更新,即可在不丢失网格无关滤波器的作用下,在一定程度上保障灵敏度过滤方法对灵敏度信息的偏差影响,确保算法仅在真正小的一批单元中更新设计变量,在一定程度上能够确保演化的正确方向;然后,判断了目标函数的稳定性,通过逐步缩小最低灵敏度区域,缩减了设计变量的更新范围,迫使结构的拓扑形状趋于稳定;最后,针对静载荷作用下的线弹性材料刚度最大化设计、几何非线性结构的刚度最大化设计以及微结构的剪切模量最大化设计,分别进行了对比验证。研究结果表明:最低灵敏度区域更新法比原BESO方法的总迭代次数降低了约16%,平均柔度降低了1.6%,平均迭代时长降低了约20%。该结果证明,最低灵敏度区域更新法可获得更优的解,并具有较好的收敛性,且提高了算法的收敛速度。 展开更多
关键词 机械设计 拓扑优化 双向渐近结构优化方法 灵敏度过滤 收敛准则 非线性 微结构
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基于改进BESO方法的多工况船体开孔孔形优化 被引量:3
4
作者 刘昆 郭德松 +1 位作者 王仁华 张延昌 《中国海洋平台》 2021年第4期1-8,共8页
以船体梁腹板开孔为研究对象,考虑船体复杂受力工况,基于含满意度权重因子的折中规划法,对传统双向渐进结构优化(Bidirectional Evolutionary Structural Optimization,BESO)算法进行改进,将体积减轻比作为优化目标,孔边应力作为约束,... 以船体梁腹板开孔为研究对象,考虑船体复杂受力工况,基于含满意度权重因子的折中规划法,对传统双向渐进结构优化(Bidirectional Evolutionary Structural Optimization,BESO)算法进行改进,将体积减轻比作为优化目标,孔边应力作为约束,提出一种适用于船体结构孔型的优化方法。在此基础上,基于ANSYS软件,通过二次开发编写改进BESO算法优化程序,对船体梁腹板的腰圆开孔进行优化设计,得到应力分布均匀且减重明显的开孔型式。优化结果表明,在满足结构强度的条件下,船体梁腹板减重30.01%,达到轻量化的目的。研究成果可为船舶结构设计优化提供参考。 展开更多
关键词 船体梁开孔 改进beso方法 折中规划法 满意度理论 拓扑优化
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基于BESO算法的邮轮结构开孔拓扑优化 被引量:2
5
作者 仇成刚 郭德松 +3 位作者 刘昆 张延昌 鞠理扬 吴晓源 《船舶工程》 CSCD 北大核心 2022年第S01期248-255,共8页
以大型邮轮舱段中的船底旁桁材结构为研究对象,采用结构优化算法,对大型豪华邮轮船底桁材结构进行开孔,并对其结构加以优化。结合多工况的船体结构优化的BESO算法,在特定的设计域内进行结构拓扑优化。在此基础上,分析了10种工况下优化... 以大型邮轮舱段中的船底旁桁材结构为研究对象,采用结构优化算法,对大型豪华邮轮船底桁材结构进行开孔,并对其结构加以优化。结合多工况的船体结构优化的BESO算法,在特定的设计域内进行结构拓扑优化。在此基础上,分析了10种工况下优化开孔前后最大应力、平均应力和体积的变化,并对孔型结构进行了优化,以分析新开孔的力学性能。优化结果显示,在满足船体刚度的条件下,优化后,新式开孔的最大应力比优化前提高了44.26%。开孔后的面积比优化后减少51%,达到了轻量化的目的。研究结果可以用于指导船体建造。 展开更多
关键词 邮轮结构开孔 beso算法 拓扑优化 孔型优化 开孔重建
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考虑几何非线性的无铰链柔顺机构渐进式拓扑优化设计
6
作者 唐跃友 王强 +1 位作者 何健 夏凉 《固体力学学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期709-723,共15页
在柔顺机构的拓扑优化设计中,位形变化对结构性能影响不可忽视,集中铰链区域的形成不仅削弱了结构强度,还不利于结构的可制造性.为此,本文基于双向渐进结构优化法,提出了一种考虑几何非线性的无铰链柔顺机构拓扑优化设计方法.首先,采用... 在柔顺机构的拓扑优化设计中,位形变化对结构性能影响不可忽视,集中铰链区域的形成不仅削弱了结构强度,还不利于结构的可制造性.为此,本文基于双向渐进结构优化法,提出了一种考虑几何非线性的无铰链柔顺机构拓扑优化设计方法.首先,采用了双向渐进结构优化法,其独特的0-1分布有效避免了几何非线性有限元分析中的单元畸变问题,提升了数值计算的稳定性与收敛性.其次,通过对输入和输出端在单位激励下的响应形变进行约束,有效抑制了柔顺机构中集中铰链的形成,提升了结构强度并改善了设计构型的可制造性.最后,制备了基于非线性设计的无铰链柔顺机构测试样件,实验结果与数值仿真结果高度一致,进一步验证了所提铰链抑制策略在柔顺机构拓扑优化中的有效性与可行性. 展开更多
关键词 柔顺机构 双向渐进结构优化法 几何非线性 无铰链
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基于改进的双向渐进结构优化法的应力约束拓扑优化 被引量:34
7
作者 王选 刘宏亮 +2 位作者 龙凯 杨迪雄 胡平 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第2期385-394,共10页
工程结构设计时经常需要限制最大名义应力,以避免发生断裂或疲劳破坏,一个有效的策略是采用拓扑优化方法.常规的双向渐进结构优化法(bi-evolutionary structural optimization,BESO)不能有效求解应力约束拓扑优化问题,为此本文提出一种... 工程结构设计时经常需要限制最大名义应力,以避免发生断裂或疲劳破坏,一个有效的策略是采用拓扑优化方法.常规的双向渐进结构优化法(bi-evolutionary structural optimization,BESO)不能有效求解应力约束拓扑优化问题,为此本文提出一种改进的双向渐进结构优化方法,处理体积和应力约束下的最小柔顺性问题.引入基于K-S函数的全局应力度量,以减小大量局部应力约束引起的计算代价.采用拉格朗日乘子法将应力约束函数引入到目标函数,然后由二分法确定合适的拉格朗日乘子的值使得应力约束得到满足.而且,详细推导了基于BESO方法的应力约束拓扑优化模型及其灵敏度列式,最后通过三个典型拓扑优化算例验证改进方法的有效性.为展示考虑应力约束的优点,将应力约束设计与传统的基于刚度的设计进行了比较.结果表明,改进的BESO方法优化迭代过程稳健,获得了边界灰度单元很少的清晰的拓扑构型,并实现了有效降低应力集中效应的设计. 展开更多
关键词 结构拓扑优化 应力约束 双向渐进结构优化法 拉格朗日乘子法 二分法
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基于NURBS插值的三维渐进结构优化方法 被引量:6
8
作者 王选 祝雪峰 +1 位作者 胡平 盖赟东 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期536-542,共7页
提出一种基于等几何控制点密度变量的三维双向渐进结构拓扑优化方法。在当前列式下,高阶NURBS基函数被同时用于CAD模型中NURBS实体片的几何场、位移场和温度场以及密度场插值,实现了几何模型、分析模型和优化模型的有效统一,确保了位移... 提出一种基于等几何控制点密度变量的三维双向渐进结构拓扑优化方法。在当前列式下,高阶NURBS基函数被同时用于CAD模型中NURBS实体片的几何场、位移场和温度场以及密度场插值,实现了几何模型、分析模型和优化模型的有效统一,确保了位移场、温度场及密度场的高阶连续性;详细推导了基于等几何控制点密度变量的三维渐进结构法模型及其灵敏度分析列式;最后几个典型的数值算例,包括最小柔顺性、热传导优化问题及三维结构自由振动的基频最大化问题,验证了本文方法的有效性。 展开更多
关键词 拓扑优化 等几何分析 双向渐进结构法 三维结构 NURBS
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模糊参数平面连续体结构的拓扑优化设计 被引量:4
9
作者 宋宗凤 陈建军 +1 位作者 朱增青 张耀强 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2008年第10期6-11,共6页
研究了具有模糊参数的连续体结构在模糊载荷作用下的拓扑优化设计问题。利用信息熵将模糊变量转换为随机变量,构建了随机载荷作用下的随机参数的连续体结构的拓扑优化设计数学模型,以结构的形状拓扑信息为设计变量,结构总质量均值极小... 研究了具有模糊参数的连续体结构在模糊载荷作用下的拓扑优化设计问题。利用信息熵将模糊变量转换为随机变量,构建了随机载荷作用下的随机参数的连续体结构的拓扑优化设计数学模型,以结构的形状拓扑信息为设计变量,结构总质量均值极小化为目标函数,满足单元应力可靠性为约束条件,利用分布函数法对应力可靠性约束进行了等价显式化处理。基于随机因子法,利用代数综合法导出了应力响应的数字特征的计算表达式。采用双方向渐进结构优化(BESO)方法求解。通过两个算例验证了该文模型及求解方法的合理性和有效性。 展开更多
关键词 模糊参数连续体结构 信息熵 随机因子法 拓扑优化 双方向渐进结构优化
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基于区间因子法的随机-区间模型的拓扑优化设计 被引量:4
10
作者 宋宗凤 陈建军 +2 位作者 林立广 朱增青 刘国梁 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第2期243-247,共5页
利用3σ准则将随机变量近似的转换为区间变量,构建了区间载荷作用下的区间参数平面连续体结构的拓扑优化设计数学模型。以结构的形状拓扑信息为设计变量,结构总质量均值极小化为目标函数,满足单元应力非概率可靠性和结构总体积为约束条... 利用3σ准则将随机变量近似的转换为区间变量,构建了区间载荷作用下的区间参数平面连续体结构的拓扑优化设计数学模型。以结构的形状拓扑信息为设计变量,结构总质量均值极小化为目标函数,满足单元应力非概率可靠性和结构总体积为约束条件,研究随机-区间模型的拓扑优化设计问题。基于区间因子法,导出了单元应力响应的均值和离差的数学计算表达式,并采用双方向渐进结构优化方法进行求解。通过假设确定性模型最优结构拓扑设计方案中的各个参数与随机-区间模型中参数具有相同分散性,对不同模型进行优化。计算结果表明:在相同载荷作用下,确定性模型下的最优解很可能是随机-区间模型下的不可行解。 展开更多
关键词 随机-区间模型 3σ准则 非概率可靠性 区间因子法 拓扑优化 双方向渐进结构优化
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等强度三维空心叶片的内部拓扑结构 被引量:10
11
作者 李琳 薛铮 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第10期2329-2335,共7页
以ANSYS软件为平台,基于双向渐进结构优化法对所提出的等强度风扇叶片的内部结构形式进行探索性研究,在对叶片内部结构进行拓扑优化的过程中提出了中面应力基准法,简化了优化模型,同时有针对性的解决了双向渐进结构优化法在应用中的一... 以ANSYS软件为平台,基于双向渐进结构优化法对所提出的等强度风扇叶片的内部结构形式进行探索性研究,在对叶片内部结构进行拓扑优化的过程中提出了中面应力基准法,简化了优化模型,同时有针对性的解决了双向渐进结构优化法在应用中的一些技术问题,实现了等强度风扇叶片内部结构的优化,获得了内部结构的拓扑形式.所得结果可为发动机轻量化设计提供参考. 展开更多
关键词 航空发动机风扇叶片 等强度 轻量化设计 拓扑优化 双向渐进结构优化法
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流体力学拓扑优化问题的BESO方法 被引量:1
12
作者 段献葆 魏甜 高伟 《数学的实践与认识》 北大核心 2024年第5期121-127,共7页
将双向渐进结构优化(BESO)方法应用于求解流体力学拓扑优化问题.控制方程是Navier-Stokes方程,拓扑优化的目的是寻找流体流动的最佳路径,在给定流体体积数约束下使总耗散达到最小.将人工渗透项添加到Navier-Stokes方程中,用来应用无滑... 将双向渐进结构优化(BESO)方法应用于求解流体力学拓扑优化问题.控制方程是Navier-Stokes方程,拓扑优化的目的是寻找流体流动的最佳路径,在给定流体体积数约束下使总耗散达到最小.将人工渗透项添加到Navier-Stokes方程中,用来应用无滑移边界条件;用共轭方法得到灵敏度分析结果,并与BESO方法相结合.最后用经典算例验证了BESO方法处理流体力学拓扑优化问题的稳定性和有效性. 展开更多
关键词 流体力学 拓扑优化问题 beso方法 灵敏度分析
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多相复合材料微结构布局优化设计
13
作者 王宪杰 张洵安 连业达 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第2期261-265,354,共5页
基于对传统双向渐进结构优化(BESO)方法的改进,通过均匀化方法建立微观尺度多相材料布局分布与宏观结构材料弹性张量之间的联系,集成宏观结构所得到的位移场,推导出带有宏观结构力学特性的微观灵敏度。提出以宏观结构最大刚度为目标、... 基于对传统双向渐进结构优化(BESO)方法的改进,通过均匀化方法建立微观尺度多相材料布局分布与宏观结构材料弹性张量之间的联系,集成宏观结构所得到的位移场,推导出带有宏观结构力学特性的微观灵敏度。提出以宏观结构最大刚度为目标、对极小尺度周期性排列的材料微结构胞元进行布局优化设计的方法。本文算例结果表明,该方法在微结构多相材料布局优化设计过程中,不仅克服了拓扑优化领域常见的"棋盘格"现象,得到了边界清晰、受力合理的多相材料合理分布布局优化结果,而且整体优化过程稳定,具有很强的工程实际应用价值。 展开更多
关键词 微观尺度 均匀化方法 周期性多相复合材料 双向渐进结构优化
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基于非概率可靠性的连续体结构拓扑优化设计 被引量:1
14
作者 宋宗凤 陈建军 +1 位作者 朱增青 刘国梁 《机械强度》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第6期935-940,共6页
研究区间参数的连续体结构在区间载荷作用下的拓扑优化设计问题。构建区间载荷作用下区间参数连续体结构的拓扑优化设计数学模型,以结构的形状拓扑信息为设计变量,结构总质量均值极小化为目标函数,满足单元区间应力非概率可靠性为约束... 研究区间参数的连续体结构在区间载荷作用下的拓扑优化设计问题。构建区间载荷作用下区间参数连续体结构的拓扑优化设计数学模型,以结构的形状拓扑信息为设计变量,结构总质量均值极小化为目标函数,满足单元区间应力非概率可靠性为约束条件。基于区间因子法,导出应力响应的均值和离差的计算表达式。采用双方向渐进结构优化(bi-directional evolutionary structural optimization,BESO)的求解策略与方法。通过两个算例验证文中模型及求解策略与方法的合理性和方法的有效性。 展开更多
关键词 区间参数连续体结构 非概率可靠性 区间因子法 拓扑优化 双方向渐进结构优化
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考虑流-结构耦合的体积约束拓扑优化
15
作者 王旭东 王德石 岳鹏飞 《海军工程大学学报》 CAS 北大核心 2020年第1期32-37,共6页
为实现流-结构耦合的结构拓扑优化设计,首先分别以水下结构固有频率和结构刚度最大化为目标,建立了渐进结构拓扑优化模型;然后,改进了网格独立滤波方法,提出单元尺寸滤波方法,将优化方法推广至设计域中单元尺寸存在差异较大情况的问题;... 为实现流-结构耦合的结构拓扑优化设计,首先分别以水下结构固有频率和结构刚度最大化为目标,建立了渐进结构拓扑优化模型;然后,改进了网格独立滤波方法,提出单元尺寸滤波方法,将优化方法推广至设计域中单元尺寸存在差异较大情况的问题;最后,推导了目标函数以及在约束条件下的单元灵敏度,并采用双向渐进结构优化法对结构进行迭代计算。结果表明:刚度优化结果拓扑结构清晰,同时优化结构中未出现棋盘格现象,迭代过程收敛平稳;频率优化结果中,固有频率较初始设计域提升明显,优化效果显著,证明了单元尺寸独立滤波方法的有效性。 展开更多
关键词 流-结构耦合 刚度优化 频率优化 双向渐进优化方法
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基于多层次法的浮箱结构优化设计 被引量:1
16
作者 王钰元 柯佳成 《船舶工程》 CSCD 北大核心 2022年第2期134-139,共6页
对浮箱进行结构优化可减轻结构自重以提高有效载重量,从而能够满足更大吨位的载重要求,改善经济性。针对浮箱的板梁结构形式特点,采用综合应用双向渐进结构优化(BESO)和响应面法(RSM)方法的多层次结构优化设计方法,进行浮箱结构优化设计... 对浮箱进行结构优化可减轻结构自重以提高有效载重量,从而能够满足更大吨位的载重要求,改善经济性。针对浮箱的板梁结构形式特点,采用综合应用双向渐进结构优化(BESO)和响应面法(RSM)方法的多层次结构优化设计方法,进行浮箱结构优化设计,涵盖尺度优化、拓扑优化和截面优化3个层次。该方法的核心是使用BESO方法从基结构中获得优化解。在尺度优化层次,根据不同的主要尺度参数建立相应的基结构模型,应用BESO法得到相应优化解,并建立响应面模型进行尺度优化求解。在拓扑优化层次,根据最优尺度参数重新建立基结构模型调用BESO法求解,得到最优拓扑。由于最优拓扑解存在锯齿边,在截面优化层次需要对各截面进行光滑处理。将光滑处理问题转化为对截面参数的求解,建立截面参数与优化目标的响应面模型,最终确定各截面形状。通过某浮箱的结构优化设计实例,验证了多层次结构优化设计方法的可行性和有效性。 展开更多
关键词 浮箱 多层次结构优化 双向渐进结构优化 响应面法
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基于拓扑优化算法的嵌合可伸缩玻璃栈桥重型旋转舞台设计 被引量:1
17
作者 王卫东 王雪 +1 位作者 余小琴 王艳 《机械研究与应用》 2022年第3期74-78,共5页
现代舞台设计和优化主要集中于设备优选及机构设计,忽略了大型舞台装备材料结构性能的优化。结构性能的优化对降低材料成本、减少在役期间能耗、提高产品性能具有重要作用。此研究首先完成目标旋转舞台的机构及框架设计,然后利用双向渐... 现代舞台设计和优化主要集中于设备优选及机构设计,忽略了大型舞台装备材料结构性能的优化。结构性能的优化对降低材料成本、减少在役期间能耗、提高产品性能具有重要作用。此研究首先完成目标旋转舞台的机构及框架设计,然后利用双向渐进结构优化算法对旋转舞台的旋转部和伸缩部进行以满足承重条件的结构拓扑优化设计,最后对优化前后的方案进行仿真实验对比。结果表明,在满足承重性能条件下目标对象收敛于较优的形态,所应用的拓扑优化算法自动生成结构合理、有机的形态,达到了轻量化设计目的,对舞台设备在服役期节能减排和提高产品整体效能具有一定的参考价值。 展开更多
关键词 旋转舞台设计 拓扑优化 beso算法 室外剧场
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基于双向演化的局部水平集组合算法用于拓扑优化 被引量:2
18
作者 张文辉 郑福聪 +1 位作者 程文婕 张耀庭 《固体力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第2期213-222,共10页
论文基于双向渐进结构优化(BESO)方法和局部水平集方法(LLSM),提出局部水平集组合算法,在拓扑优化中实现双向演化.为改进LLSM的孔洞成核能力,新算法以所提离散水平集函数为节点设计变量,拓扑导数为灵敏度,按照BESO优化准则进行双向... 论文基于双向渐进结构优化(BESO)方法和局部水平集方法(LLSM),提出局部水平集组合算法,在拓扑优化中实现双向演化.为改进LLSM的孔洞成核能力,新算法以所提离散水平集函数为节点设计变量,拓扑导数为灵敏度,按照BESO优化准则进行双向演化得到稳定拓扑解.然后通过迭代求解距离正则化方程(DRE)来组合LLSM获得最终拓扑.在LLSM中,DRE用来代替重生成步骤,并构造条件稳定差分格式求解DRE.最终给出典型实例验证所提算法的收敛性和数值稳定性. 展开更多
关键词 拓扑优化 局部水平集方法(LLSM) 双向渐进结构优化(beso) 距离正则化方程
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基于刚度与应力问题的多相材料双尺度拓扑优化研究 被引量:2
19
作者 韩启东 封硕 +2 位作者 武星 王震 邢高 《力学季刊》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期551-567,共17页
本文针对双尺度晶格结构的优化设计,在质量约束条件下,提出了一种将均匀化方法与快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)相结合的拓扑优化方法,并引入双向渐进(BESO)思想指导单元的增删.对于双尺度优化设计,利用均匀化理论实现了微观尺度与宏... 本文针对双尺度晶格结构的优化设计,在质量约束条件下,提出了一种将均匀化方法与快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)相结合的拓扑优化方法,并引入双向渐进(BESO)思想指导单元的增删.对于双尺度优化设计,利用均匀化理论实现了微观尺度与宏观尺度的耦合.为了解决工程应用中的多相材料布局以及结构刚度、应力双目标优化问题,引入带有加权因子的材料插值方案,利用改进的密度插值函数推导出带惩罚因子的灵敏度计算公式,利用全局p范数应力方案消除应力的局部行为.为了使多相微观结构具有较强的边界连通性,对微观单元进行基于密度的边界设计.最后,对经典的L型梁与二维支撑结构进行优化设计,分析了p范数应力参数对优化结果的影响.结果表明,所提出的算法可以有效地使双目标达到最优解的平衡状态.此外,通过与经典的均匀化算法以及相关领域研究的结果进行对比,证明了所提出算法在多相材料以及双目标优化问题中的优越性,为未来双尺度优化解决工程问题提供了一定的理论基础. 展开更多
关键词 均匀化方法 双向渐进 快速非支配排序遗传算法(NSGA-II) 双尺度优化 多相材料 双目标优化
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Bi-Directional Evolutionary Topology Optimization with Adaptive Evolutionary Ratio for Nonlinear Structures
20
作者 Linli Tian Wenhua Zhang 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 2025年第5期337-350,共14页
Current topology optimization methods for nonlinear continuum structures often suffer from low computational efficiency and limited applicability to complex nonlinear problems.To address these issues,this paper propos... Current topology optimization methods for nonlinear continuum structures often suffer from low computational efficiency and limited applicability to complex nonlinear problems.To address these issues,this paper proposes an improved bi-directional evolutionary structural optimization(BESO)method tailored for maximizing stiffness in nonlinear structures.The optimization program is developed in Python and can be combined with Abaqus software to facilitate finite element analysis(FEA).To accelerate the speed of optimization,a novel adaptive evolutionary ratio(ER)strategy based on the BESO method is introduced,with four distinct adaptive ER functions proposed.The Newton-Raphson method is utilized for iteratively solving nonlinear equilibrium equations,and the sensitivity information for updating design variables is derived using the adjoint method.Additionally,this study extends topology optimization to account for both material nonlinearity and geometric nonlinearity,analyzing the effects of various nonlinearities.A series of comparative studies are conducted using benchmark cases to validate the effectiveness of the proposed method.The results show that the BESO method with adaptive ER significantly improves the optimization efficiency.Compared to the BESO method with a fixed ER,the convergence speed of the four adaptive ER BESO methods is increased by 37.3%,26.7%,12%and 18.7%,respectively.Given that Abaqus is a powerful FEA platform,this method has the potential to be extended to large-scale engineering structures and to address more complex optimization problems.This research proposes an improved BESO method with novel adaptive ER,which significantly accelerates the optimization process and enables its application to topology optimization of nonlinear structures. 展开更多
关键词 Topology optimization Adaptive evolutionary ratio beso method Nonlinear
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