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Topology Optimization with Aperiodic Load Fatigue Constraints Based on Bidirectional Evolutionary Structural Optimization 被引量:2
1
作者 Yongxin Li Guoyun Zhou +2 位作者 Tao Chang Liming Yang Fenghe Wu 《Computer Modeling in Engineering & Sciences》 SCIE EI 2022年第1期499-511,共13页
Because of descriptive nonlinearity and computational inefficiency,topology optimization with fatigue life under aperiodic loads has developed slowly.A fatigue constraint topology optimization method based on bidirect... Because of descriptive nonlinearity and computational inefficiency,topology optimization with fatigue life under aperiodic loads has developed slowly.A fatigue constraint topology optimization method based on bidirectional evolutionary structural optimization(BESO)under an aperiodic load is proposed in this paper.In viewof the severe nonlinearity of fatigue damagewith respect to design variables,effective stress cycles are extracted through transient dynamic analysis.Based on the Miner cumulative damage theory and life requirements,a fatigue constraint is first quantified and then transformed into a stress problem.Then,a normalized termination criterion is proposed by approximatemaximum stress measured by global stress using a P-normaggregation function.Finally,optimization examples show that the proposed algorithm can not only meet the requirements of fatigue life but also obtain a reasonable configuration. 展开更多
关键词 Topology optimization bidirectional evolutionary structural optimization aperiodic load fatigue life stress constraint
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基于BESO方法的连续体结构动态特性多目标拓扑优化 被引量:1
2
作者 江旭东 刘克勤 +1 位作者 刘铮 滕晓艳 《机械设计》 CSCD 北大核心 2019年第5期80-86,共7页
为实现动态多目标下的拓扑优化结构设计,以结构动柔顺度最小化和固有频率最大化加权函数为目标,提出基于双向渐进结构优化方法(Bi-direction Evolutionary Structural Optimization, BESO)的连续体结构动态特性多目标拓扑优化方法。基... 为实现动态多目标下的拓扑优化结构设计,以结构动柔顺度最小化和固有频率最大化加权函数为目标,提出基于双向渐进结构优化方法(Bi-direction Evolutionary Structural Optimization, BESO)的连续体结构动态特性多目标拓扑优化方法。基于等效静载荷法(Equivalent Static Loads, ESL),将结构动刚度优化问题转化为多工步载荷作用下的线性静刚度优化问题,结合BESO方法实现结构多工况线性静态优化。分别归一化目标函数和灵敏度,避免不同性质目标函数及灵敏度的量级差异引起的数值奇异性。数值算例结果表明,结构体积约束、频率与动柔顺度综合目标均能渐进收敛于最优目标值,优化结构具有清晰的拓扑构型。随着柔顺度灵敏度、权重因子的减小,优化结构拓扑形式发生显著变化,其动刚度逐渐减小,而固有频率逐渐增加。所提出的频率-动刚度多目标拓扑优化方法能够提高结构动态特性,拓展了BESO方法对结构动力学拓扑优化问题的应用范围。 展开更多
关键词 连续体结构 动态特性 多目标拓扑优化 ESL方法 beso方法
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基于BESO算法的大型海洋垂直轴风力机支撑结构优化 被引量:3
3
作者 何文君 苏捷 +5 位作者 周岱 韩兆龙 包艳 赵永生 许玉旺 涂佳黄 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期127-137,共11页
大型海洋垂直轴风力机的研究对发展海洋风能具有重要意义,研究大型垂直轴风力机的合理支撑结构形式对风力发电结构安全至关重要.基于变删除率的双向渐进结构优化(BESO)算法,对大型海洋垂直轴风力机进行支撑结构优化,并通过风力机的动力... 大型海洋垂直轴风力机的研究对发展海洋风能具有重要意义,研究大型垂直轴风力机的合理支撑结构形式对风力发电结构安全至关重要.基于变删除率的双向渐进结构优化(BESO)算法,对大型海洋垂直轴风力机进行支撑结构优化,并通过风力机的动力响应特性分析,验证结构优化方法的可靠性.结果表明:反比例型变删除率的BESO算法能有效改善优化迭代速率,适用于垂直轴风力机的支撑结构优化设计;相比于初始结构,拓扑出的新结构模型在风荷载作用下的风致动力响应显著降低.研究成果可用于垂直轴风力机支撑结构设计优化. 展开更多
关键词 垂直轴风力机 双向渐进结构优化算法 动力响应 减振
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基于BESO算法的高桩承台式水平轴风力机支撑结构优化 被引量:1
4
作者 占玲玉 何文君 +4 位作者 周岱 韩兆龙 朱宏博 张凯 涂佳黄 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期939-947,共9页
研究大型水平轴风力机塔筒的合理支撑结构形式对风力发电结构系统安全至关重要.针对高桩承台式水平轴风力机,基于反比例型删除率的双向渐进结构优化(BESO)算法,拓扑优化风力机塔筒结构,根据计算流体动力学方法和桩土相互作用原理,建立... 研究大型水平轴风力机塔筒的合理支撑结构形式对风力发电结构系统安全至关重要.针对高桩承台式水平轴风力机,基于反比例型删除率的双向渐进结构优化(BESO)算法,拓扑优化风力机塔筒结构,根据计算流体动力学方法和桩土相互作用原理,建立考虑桩土作用的风力机结构风致动力响应数值模型,比较分析优化前后风力机结构动力响应特性,验证结构优化方法的可靠性.经拓扑优化得到新的高桩承台水平轴风力机支撑结构,相较于初始结构,优化后的支撑结构风致动力响应显著降低,成果可为高桩承台式水平轴风力机支撑结构设计优化提供技术参考. 展开更多
关键词 水平轴风力机 高桩承台式风力机基础 双向渐进结构优化算法 风致动力响应
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基于加权几何平均迭代的改进BESO法 被引量:4
5
作者 余威 韩艳彬 +1 位作者 种永刚 鲁世红 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期416-421,共6页
为了解决传统双向渐进结构优化法中存在迭代历程易出现局部振荡现象、算法效率低的问题,提出了一种基于加权几何平均迭代的改进双向渐进结构优化法。通过研究当前迭代步灵敏度权重因子和历史迭代步敏度权重因子对结构优化过程的影响程度... 为了解决传统双向渐进结构优化法中存在迭代历程易出现局部振荡现象、算法效率低的问题,提出了一种基于加权几何平均迭代的改进双向渐进结构优化法。通过研究当前迭代步灵敏度权重因子和历史迭代步敏度权重因子对结构优化过程的影响程度,与当前迭代步敏度权重因子对应的迭代历程变化趋势,实现了最优当前迭代步敏度权重因子的优化选择。3个经典算例验证了较原生过滤法与基于算术平均的过滤法两种处理方法,本文方法在保持了同等刚度的同时,减轻了迭代历程的震荡程度,显著提高了迭代的稳定性,减少了迭代次数,效率提高了10%~37.5%,说明该方法的可行性与有效性。 展开更多
关键词 双向渐进结构优化法 均化处理 加权几何平均 权重因子
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基于BESO算法的涡轮盘拓扑优化 被引量:1
6
作者 孟子皓 丁超 +3 位作者 任毅如 米栋 钱正明 张立章 《力学与实践》 北大核心 2023年第6期1349-1354,共6页
涡轮盘作为航空发动机的核心部件之一,其轻量化设计对航空发动机效率提升至关重要。基于双向渐进结构优化算法(bidirectional evolutionary structural optimization,BESO)拓扑优化模型,使用灵敏度过滤的方法抑制棋盘格现象,用ANSYS的... 涡轮盘作为航空发动机的核心部件之一,其轻量化设计对航空发动机效率提升至关重要。基于双向渐进结构优化算法(bidirectional evolutionary structural optimization,BESO)拓扑优化模型,使用灵敏度过滤的方法抑制棋盘格现象,用ANSYS的参数化设计语言(ANSYS parametric design language,APDL)编写拓扑优化程序,对离心载荷作用下的涡轮盘进行结构优化,并通过施加叶片等效载荷的方式,考虑叶片对于优化结果的影响。结果表明,使用编写的算法进行拓扑优化迭代步数减少,显著提升优化效率,在减重26%的条件下,拓扑出的新的结构模型结构总应变能降低48%,结构刚度提升,最大等效应力降低25%且应变能和应力分布更均匀合理。 展开更多
关键词 涡轮盘 双向渐进优化算法 拓扑优化 离心载荷 ANSSYS参数化设计语言
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COMPUTER PROGRAM FOR DIRECTED STRUCTURE TOPOLOGY OPTIMIZATION 被引量:1
7
作者 Xianjie Wang Xun'an Zhang Kepeng Cheng 《Acta Mechanica Solida Sinica》 SCIE EI CSCD 2015年第4期431-440,共10页
To compensate for the imperfection of traditional bi-directional evolutionary structural optimization, material interpolation scheme and sensitivity filter functions are introduced. A suitable filter can overcome the ... To compensate for the imperfection of traditional bi-directional evolutionary structural optimization, material interpolation scheme and sensitivity filter functions are introduced. A suitable filter can overcome the checkerboard and mesh-dependency. And the historical information on accurate elemental sensitivity numbers are used to keep the objective function converging steadily. Apart from rational intervals of the relevant important parameters, the concept of distinguishing between active and non-active elements design is proposed, which can be widely used for improving the function and artistry of structures directly, especially for a one whose accurate size is not given. Furthermore, user-friendly software packages are developed to enhance its accessibility for practicing engineers and architects. And to reduce the time cost for large timeconsuming complex structure optimization, parallel computing is built-in in the MATLAB codes. The program is easy to use for engineers who may not be familiar with either FEA or structure optimization. And developers can make a deep research on the algorithm by changing the MATLAB codes. Several classical examples are given to show that the improved BESO method is superior for its handy and utility computer program software. 展开更多
关键词 bi-directional evolutionary structural optimization beso continuum structurescomputer program development improved algorithm directed structure topology optimizationportion construction design
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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
8
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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基于融合邻域规则的双尺度拓扑优化新方法
9
作者 王震 《南方农机》 2025年第3期147-149,159,共4页
【目的】开发一种创新的双尺度拓扑优化策略,应用于结构设计与优化研究。【方法】结合混合元胞自动机(HCA)与双向渐进法(BESO),推出HCA-BESO拓扑优化方法,其核心创新点在于采用HCA的邻域规则替代传统基于距离的加权处理机制,简化了灵敏... 【目的】开发一种创新的双尺度拓扑优化策略,应用于结构设计与优化研究。【方法】结合混合元胞自动机(HCA)与双向渐进法(BESO),推出HCA-BESO拓扑优化方法,其核心创新点在于采用HCA的邻域规则替代传统基于距离的加权处理机制,简化了灵敏度过滤规则,并引入了多样的邻域组合形式。【结果】通过引入HCA,该方法在双尺度优化方面显著提升了性能,减少了迭代次数,相比传统BESO算法,能够创建出刚度更高的结构。【结论】HCA-BESO方法代表了双尺度拓扑优化研究的一个重大进步,为未来的结构设计与优化研究开辟了新的路径。 展开更多
关键词 双尺度优化 双向渐进法(beso) 混合元胞自动机(HCA) 灵敏度过滤
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以频率为目标的加筋平板结构优化设计研究 被引量:8
10
作者 米大海 杨睿 +2 位作者 周亮 刘玚 郭东明 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2013年第2期179-182,共4页
以加筋平板结构的多阶模态频率达到指定值为优化目标,探讨结构的优化设计方法。提出一种双向渐进结构拓扑优化法结合尺寸优化方法的结构频率优化设计的改进方法。该方法采用具有规则格栅骨架的加筋平板结构优化模型,以骨架中的梁为结构... 以加筋平板结构的多阶模态频率达到指定值为优化目标,探讨结构的优化设计方法。提出一种双向渐进结构拓扑优化法结合尺寸优化方法的结构频率优化设计的改进方法。该方法采用具有规则格栅骨架的加筋平板结构优化模型,以骨架中的梁为结构修改基本单位,以梁敏度计算为基础。实现以频率为目标函数、以体积为约束,并结合敏度再分配策略的结构优化设计。最后,运用尺寸优化方法对优化结果进行后续详细设计。经加筋平板结构频率优化设计算例证明,该方法能满足结构的多阶模态频率优化要求;同时优化结果不存在一般拓扑优化的不规则结构问题,抑制局部模态的产生,对飞机风洞颤振实验模型的设计具有借鉴意义。 展开更多
关键词 加筋平板 结构设计 频率优化 双向渐进结构优化
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基于柔性机构的机翼前缘变形多目标优化 被引量:8
11
作者 葛文杰 朱鹏刚 +1 位作者 刘世丽 张永红 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期211-217,共7页
全柔性机构用于自适应机翼具有实现其形状的连续平滑变形和轻量化等优点。文章根据机翼前缘在不同飞行状态下气动外形要求,以离散体结构拓扑优化为出发点,以目标形状与实际形状的边界曲线之差最小为优化目标,并考虑机构变形要求和刚性... 全柔性机构用于自适应机翼具有实现其形状的连续平滑变形和轻量化等优点。文章根据机翼前缘在不同飞行状态下气动外形要求,以离散体结构拓扑优化为出发点,以目标形状与实际形状的边界曲线之差最小为优化目标,并考虑机构变形要求和刚性要求等问题,建立了多目标优化函数;采用遗传算法(GA)和双向渐进结构优化法(BESO)相结合,应用于Matlab与Ansys,通过二次优化,获得了稳定的最优解,不仅实现编程模块化,而且提高了优化效率。最后,对结果进行Ansys仿真分析和模型实验验证。结果表明:仿真结果和模型实验结果一致,该方法是可行的。 展开更多
关键词 变形柔性机翼 拓扑优化 遗传算法 全柔性机构 beso
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基于应力突变率的双向进化结构优化方法 被引量:6
12
作者 孙圣权 张大可 +1 位作者 徐云岳 刘耀峰 《机械设计与研究》 CSCD 北大核心 2008年第2期6-9,18,共5页
提出了一种新的基于应力突变率的双向进化结构优化方法,以进化优化过程中一次删除或添加单元后,新旧拓扑结构的应力突变率作为添加单元的准则,实现了线弹性结构的拓扑优化设计。方法易于实现并改进了传统双向进化结构优化方法中参数较... 提出了一种新的基于应力突变率的双向进化结构优化方法,以进化优化过程中一次删除或添加单元后,新旧拓扑结构的应力突变率作为添加单元的准则,实现了线弹性结构的拓扑优化设计。方法易于实现并改进了传统双向进化结构优化方法中参数较多的缺点。算例表明:基于应力突变率的双向进化结构优化方法可以得到结构合理、边界清晰的拓扑优化构形,并且具有更好的全局寻优能力。 展开更多
关键词 应力突变率 双向进化结构优化 拓扑优化
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面向飞机颤振模型设计的结构拓扑优化研究 被引量:3
13
作者 杨睿 杨绪印 +1 位作者 张颖颖 任莉 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期585-588,594,共5页
飞机颤振模型的结构设计是一个以固有频率为目标、兼具结构相似要求的反求问题。针对拓扑优化方法只能得到不规则孔洞而无法满足模型相似要求的难题,提出了一种含规则几何约束的结构拓扑优化方法,并将基于单元材料特性更改的方法与双向... 飞机颤振模型的结构设计是一个以固有频率为目标、兼具结构相似要求的反求问题。针对拓扑优化方法只能得到不规则孔洞而无法满足模型相似要求的难题,提出了一种含规则几何约束的结构拓扑优化方法,并将基于单元材料特性更改的方法与双向渐进结构法相结合,利用敏度再分配方法,实现了以频率为目标、具有规则孔洞的结构拓扑优化,且有效抑制了优化中的棋盘格式和局部模态现象。某飞机机身壁板的优化算例证明,该方法能设计出具有给定固有频率的结构,并使之与原机身具有一定的结构相似性。 展开更多
关键词 拓扑优化 颤振模型 结构相似 双向渐进结构法
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等强度三维空心叶片的内部拓扑结构 被引量:10
14
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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基于双向渐进结构优化方法的连续体结构动刚度拓扑优化 被引量:5
15
作者 江旭东 刘铮 滕晓艳 《哈尔滨理工大学学报》 CAS 北大核心 2020年第5期136-142,共7页
以结构动柔顺度最小为目标,融合等效静载荷方法与双向渐进结构优化方法,提出了动载荷作用下连续体结构的动刚度拓扑优化方法。为了有效降低结构动力学拓扑优化问题的求解规模,通过等效静载荷方法将动态拓扑优化问题转变为静态拓扑优化问... 以结构动柔顺度最小为目标,融合等效静载荷方法与双向渐进结构优化方法,提出了动载荷作用下连续体结构的动刚度拓扑优化方法。为了有效降低结构动力学拓扑优化问题的求解规模,通过等效静载荷方法将动态拓扑优化问题转变为静态拓扑优化问题,结合双向渐进结构优化方法实现结构的静力学拓扑优化。提出了一种设计域减缩方法降低连续体结构拓扑优化计算规模,构建了一种新颖的体积进化和优化收敛准则,显著提高了连续体结构的动刚度优化效率。数值算例结果表明,结构动柔顺度与约束体积均能渐进收敛于最优值,最优拓扑构形能够有效抑制动载荷作用下的结构振动,其优化算法具有一定的鲁棒性和适应性。提出的连续体结构动刚度拓扑优化方法拓展了基本渐进结构优化方法的应用范围,对于结构动力学优化设计具有重要的理论意义。 展开更多
关键词 连续体结构 拓扑优化 动刚度 等效静载荷 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
16
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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结构定向拓扑优化及软件实现 被引量:2
17
作者 王宪杰 张洵安 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第6期945-951,999,共8页
基于区域分割思想对传统双向渐进结构优化方法进行必要地改进,在优化过程中通过添加边界条件的检查语句,实现结构定向拓扑优化;编写第三方插件,使得改进后的优化方法 MATLAB子程序与ABAQUS有限元软件数据交换,从而拓展了双向渐进结构优... 基于区域分割思想对传统双向渐进结构优化方法进行必要地改进,在优化过程中通过添加边界条件的检查语句,实现结构定向拓扑优化;编写第三方插件,使得改进后的优化方法 MATLAB子程序与ABAQUS有限元软件数据交换,从而拓展了双向渐进结构优化方法的实际工程运用领域。ABAQUS建模软件具有界面操作简单、建模快捷、通用性好、易于实现等特点,降低了对设计人员的技能要求。灵活的MATLAB二次开发平台为科研人员提供了广阔的算法改进空间。算例结果表明,优化后桥梁用料变为原有的17%,大大减轻了自重,且优化后的结构对称,受力合理。该算法可运用于对预设结构有特定使用要求或美观要求的结构优化问题。 展开更多
关键词 双向渐进结构优化 优化软件开发 结构定向拓扑优化 设计单元
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基于拓扑优化方法实现桩筏基础的变刚度调平 被引量:6
18
作者 韩小雷 陈贤才 黄狄昉 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期24-29,共6页
基于连续体拓扑优化理论,对双向渐进结构优化(BESO)法进行改进,使其适用于在概念设计阶段的桩基优化设计,实现了对采用摩擦桩的桩筏基础的变刚度调平.基于该方法,在ABAQUS有限元软件中对筏下桩基模型进行优化设计:选择桩长为设计变量,... 基于连续体拓扑优化理论,对双向渐进结构优化(BESO)法进行改进,使其适用于在概念设计阶段的桩基优化设计,实现了对采用摩擦桩的桩筏基础的变刚度调平.基于该方法,在ABAQUS有限元软件中对筏下桩基模型进行优化设计:选择桩长为设计变量,以减少基础差异沉降为目标,优化过程采用位移准则及体积约束,通过有限元分析决定须删除的低效单元,经过若干迭代步后得到优化结果.结果表明该方法能够获得合理的筏下桩基布局:在80%的目标体积约束下,可以降低30%的差异沉降,同时能够充分发挥桩间土的承载力,减少了桩基材料的用量. 展开更多
关键词 桩筏基础 摩擦桩 变刚度调平 拓扑优化 双向渐进结构优化法
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基于增材制造各向异性的强度约束拓扑优化 被引量:1
19
作者 何智成 杨丁丁 +2 位作者 姜潮 伍毅 江和昕 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第19期2372-2380,2393,共10页
增材制造工艺的特殊性导致制造结构展现出各方向不同的力学性能,为满足其所带来的更加严苛的结构强度设计需求,提出了一种基于双向渐进结构优化法的各向异性强度约束拓扑优化策略。推导了描述增材结构强度的各向异性Tsai-Hill失效系数,... 增材制造工艺的特殊性导致制造结构展现出各方向不同的力学性能,为满足其所带来的更加严苛的结构强度设计需求,提出了一种基于双向渐进结构优化法的各向异性强度约束拓扑优化策略。推导了描述增材结构强度的各向异性Tsai-Hill失效系数,通过权重因子构建了包含失效系数约束的目标函数。详细求解了优化灵敏度公式,并采用敏度归一化等数值方法稳定优化历程。典型算例表明,所提方法可有效抑制高失效风险区域以保证结构强度,且在材料各向异性强度假设下可获得更优于von-Mesis应力相关设计的结果。此外,优化结果高度依赖于各向异性程度与材料堆叠角度参数的变化,因此合理的调整将有助于优化结构性能。 展开更多
关键词 增材制造 拓扑优化 各向异性强度 双向渐进结构优化法 Tsai-Hill失效系数
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基于拓扑优化的油船货舱结构设计研究 被引量:16
20
作者 邱伟强 杨德庆 +1 位作者 高处 孙利 《船舶》 2016年第5期1-11,共11页
研究油船货舱结构拓扑优化设计和普通构件级结构拓扑优化设计的不同点:如设计变量数目多、约束条件多、计算工况多以及计算工况之间应变能差异等。为使普通计算机也能运行舱段结构拓扑优化计算并得到清晰拓扑构型的结果,有必要对舱段拓... 研究油船货舱结构拓扑优化设计和普通构件级结构拓扑优化设计的不同点:如设计变量数目多、约束条件多、计算工况多以及计算工况之间应变能差异等。为使普通计算机也能运行舱段结构拓扑优化计算并得到清晰拓扑构型的结果,有必要对舱段拓扑优化设计的优化对象、单元类型、初始板厚、工具方法、约束条件、体积分数、工况加权权值等主要控制参数进行研究。文中给出工程上适用的舱段拓扑优化基结构建模方法和计算方法,并以某一单纵舱壁型VLCC为例,分别采用SIMP法和BESO法给出舱段主要支撑结构拓扑优化的清晰构型。 展开更多
关键词 拓扑优化 各向同性固体微结构法 双向渐进结构优化法 单纵舱壁型VLCC 主要支撑结构 共同结构规范
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