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Topology Optimization with Aperiodic Load Fatigue Constraints Based on Bidirectional Evolutionary Structural Optimization 被引量:3
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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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基于条件生成对抗网络的桥梁结构拓扑优化方法
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作者 蒲广宁 尹昶杰 +1 位作者 石冬雷 韩丽娟 《公路工程》 2025年第6期95-103,共9页
针对传统桥梁设计方案存在的设计单调、创新性欠缺、力学性能欠佳及材料利用不合理等问题,研究提出了一种基于条件生成对抗网络(CGAN)的桥梁结构拓扑优化生成方法,为桥梁结构设计提供了一种高效且可靠的解决方案。研究中,采用双向渐进... 针对传统桥梁设计方案存在的设计单调、创新性欠缺、力学性能欠佳及材料利用不合理等问题,研究提出了一种基于条件生成对抗网络(CGAN)的桥梁结构拓扑优化生成方法,为桥梁结构设计提供了一种高效且可靠的解决方案。研究中,采用双向渐进结构优化法(BESO)构建训练数据集,进而利用数据集训练条件生成对抗网络神经网络模型,最终通过训练后的模型生成结构新颖、多样的桥梁设计方案。结果表明:所生成的方案在创新性和多样性方面表现优异,能有效降低结构承受应力,同时有效减少了材料用量,提高了材料利用率,优化了材料分布,进而实现了更佳的结构性能。 展开更多
关键词 桥梁结构 条件生产对抗网络(CGAN) 双向渐进结构优化法(BESO)
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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
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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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基于拓扑优化方法实现桩筏基础的变刚度调平 被引量:6
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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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带有区域性惩罚因子的双向渐进结构优化方法 被引量:2
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作者 王聪 张长东 +1 位作者 刘婷婷 廖文和 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第12期2224-2233,共10页
针对传统的拓扑优化方法欠缺考虑增材制造工艺约束,如果优化模型存在大面积悬垂、封闭空腔等工艺几何特征将增加打印及后处理操作的复杂度的问题,提出带有区域性惩罚因子的双向渐进拓扑优化方法.首先考虑增材制造工艺特征约束,使得优化... 针对传统的拓扑优化方法欠缺考虑增材制造工艺约束,如果优化模型存在大面积悬垂、封闭空腔等工艺几何特征将增加打印及后处理操作的复杂度的问题,提出带有区域性惩罚因子的双向渐进拓扑优化方法.首先考虑增材制造工艺特征约束,使得优化结果具有良好的可打印性;然后对模型进行网格划分,根据单元体所在的区域定义区域性惩罚因子,保证区域性惩罚因子由外表面向内核逐渐增大;最后结合有限元分析,以区域性惩罚因子对单元体的计算应力进行惩罚,决策单元体的保留与删减.通过数值实验,与传统的双向渐进结构拓扑优化算法对比的结果表明,该方法可以改变空腔形貌特征、减少垂悬面积、均衡模型应力分布,提升了拓扑优化模型的可打印效果. 展开更多
关键词 增材制造 结构拓扑优化 双向渐进算法 区域性惩罚因子
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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
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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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频率双向渐进优化方法中新的插值技术 被引量:2
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作者 刘亚萌 王皓 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2009年第2期68-71,共4页
研究了拓扑结构优化中的插值技术。针对传统的频率双向渐进优化方法所采取的代数外插方式只能用于规则的矩形单元或长方体单元的情形,根据当前结构的主振型,建立静力平衡方程组,从而计算出边界单元新增加结点的模态位移。这种插值技术... 研究了拓扑结构优化中的插值技术。针对传统的频率双向渐进优化方法所采取的代数外插方式只能用于规则的矩形单元或长方体单元的情形,根据当前结构的主振型,建立静力平衡方程组,从而计算出边界单元新增加结点的模态位移。这种插值技术可以将双向渐进优化方法推广运用于任意形状的单元。仿真算例表明,该方法有效可行。 展开更多
关键词 结构拓扑优化 渐近结构拓扑优化 双向渐近结构拓扑优化 边界单元
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基于加权几何平均迭代的改进BESO法 被引量:4
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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
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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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基于双向渐进结构优化算法的预制拼装箱梁剪力键设计研究 被引量:5
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作者 刘世明 黄如妍 +2 位作者 孙宝珊 巴松涛 李晓克 《世界桥梁》 北大核心 2024年第4期77-84,共8页
为研究单项和多项荷载组合作用下节段预制拼装箱梁接缝处剪力键受力状况,以郑州南四环全预制装配高架桥为背景,采用Abaqus软件和双向渐进结构优化(BESO)算法,建立典型箱梁节段分析模型,研究剪力键在单位轴力、剪力、扭矩、弯矩和不同荷... 为研究单项和多项荷载组合作用下节段预制拼装箱梁接缝处剪力键受力状况,以郑州南四环全预制装配高架桥为背景,采用Abaqus软件和双向渐进结构优化(BESO)算法,建立典型箱梁节段分析模型,研究剪力键在单位轴力、剪力、扭矩、弯矩和不同荷载组合作用下的布置规律。结果表明:轴力作用时剪力键应布置于顶板;剪力作用时剪力键应布置于腹板和底板;扭矩作用时剪力键应布置在顶板、腹板交接处和腹板外侧;横桥向弯矩作用时剪力键应布置于顶板、腹板下侧和底板;竖向弯矩作用时,剪力键应布置于顶板翼缘。轴剪组合作用下,当剪力占比小于50%时,轴力对剪力键布置起控制作用;当剪力占比达95.24%时,剪力对剪力键布置起控制作用。弯剪组合作用下,当剪力占比超过4.76%时,剪力对剪力键布置起控制作用;当剪力占比小于0.50%时,横桥向弯矩对剪力键布置起控制作用。扭剪组合作用下,当剪力占比超过0.10%时,剪力对剪力键布置起控制作用。预制拼装箱梁剪力键布置受荷载类型及荷载组合影响显著,应考虑不同位置剪力键的实际受力状况进行设计。 展开更多
关键词 节段预制拼装箱梁 剪力键布置 双向渐进结构优化算法 传力机理 单项荷载 荷载组合 设计优化 有限元法
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一种提高多材料拓扑优化结构安全性和强度的策略
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作者 李瑜 袁烽 谢亿民 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第8期77-89,共13页
本文介绍了一种用于多材料拓扑优化中分配两种不同材料的新策略.基于单一材料的双向渐进结构优化(BESO)法开发的多材料双向渐进结构优化(MBESO)法能够有效的处理诸如钢-混凝土这种双材料结构的拓扑优化问题.然而,在一些特殊情况下,使用M... 本文介绍了一种用于多材料拓扑优化中分配两种不同材料的新策略.基于单一材料的双向渐进结构优化(BESO)法开发的多材料双向渐进结构优化(MBESO)法能够有效的处理诸如钢-混凝土这种双材料结构的拓扑优化问题.然而,在一些特殊情况下,使用MBESO方法设计的多材料结构中,部分受压材料可能会出现受压超限导致结构不安全的情况.为了解决这种关键问题,本文提出了一种简单而有效的材料分布策略.例如在钢-混凝土结构中,部分压应力过大的混凝土材料可以用钢材替代.在压力最大的局部区域布置少量的钢材可以有效地将混凝土材料的最大压应力降至安全水平.本文通过一系列2D和3D案例的对比研究表明,相比于原始的MBESO方法,改进的双材料分布策略可以有效的解决双材料拓扑优化结构中局部压应力过大的情况,证明了该方法在增强拓扑优化复合结构的安全性方面的有效性,显示出该材料分配策略在多材料拓扑优化研究和应用中的巨大潜力和价值. 展开更多
关键词 分布策略 拓扑优化 双向渐进结构优化 复合结构 混凝土材料 分配策略 结构安全性 应力过大
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基于物质点描述的双向渐进式拓扑优化方法 被引量:8
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作者 龙凯 陈广华 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2012年第8期308-312,318,共6页
为了克服连续体结构拓扑优化中的数值不稳定现象,定义了表征物质点及其领域有无的物质点拓扑变量,提出基于物质点描述的双向渐进式拓扑优化方法。基于过滤法构造拓扑变量场的插值函数,从而在拓扑优化模型中自然消除了棋盘格现象。为适... 为了克服连续体结构拓扑优化中的数值不稳定现象,定义了表征物质点及其领域有无的物质点拓扑变量,提出基于物质点描述的双向渐进式拓扑优化方法。基于过滤法构造拓扑变量场的插值函数,从而在拓扑优化模型中自然消除了棋盘格现象。为适用于不同单元类型和网格离散形式等,重新定义了灵敏度密度。通过二维数值算例对理论方法进行验证。结果表明:方法在连续体结构拓扑优化设计中具有可行性和有效性。 展开更多
关键词 拓扑优化 双向渐进式结构优化 灵敏度密度 连续体结构 物质点拓扑变量
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