结构拓扑优化ICM方法的改善 被引量：79

1

作者 隋允康 彭细荣 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2005年第2期190-198,共9页

对结构拓扑优化的ICM(独立、连续、映射)方法进行了深入探讨,通过选取不同的过滤函数可以不进行每步删除而得到清晰的拓扑图形.以位移约束为例阐述了ICM方法建模及求解过程.对位移约束、频率约束、位移及频率约束、简谐载荷激励下动位... 对结构拓扑优化的ICM(独立、连续、映射)方法进行了深入探讨,通过选取不同的过滤函数可以不进行每步删除而得到清晰的拓扑图形.以位移约束为例阐述了ICM方法建模及求解过程.对位移约束、频率约束、位移及频率约束、简谐载荷激励下动位移幅值约束等拓扑优化进行了研究,计算算例表明ICIM方法在处理静力问题及动力问题的拓扑优化都是可行的.程序算法都在MSC.Nastran及MSC.Patran的二次开发环境下实现,与原软件有机结合在一起. 展开更多

关键词 ICM方法 拓扑优化 连续体结构 频率约束 位移约束 均匀化方法

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基于ICM方法三维连续体结构拓扑优化 被引量：18

2

作者 叶红玲 隋允康 《固体力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第4期387-393,共7页

基于ICM方法,建立了在应力和位移约束下以重量为目标的多工况下的三维连续体结构拓扑优化模型.利用von Mises强度理论,提出了应力全局化的方法,从而将局部的应力约束转化为全局的应变能约束问题,减少了约束数目,避免了敏度分析的困难;... 基于ICM方法,建立了在应力和位移约束下以重量为目标的多工况下的三维连续体结构拓扑优化模型.利用von Mises强度理论,提出了应力全局化的方法,从而将局部的应力约束转化为全局的应变能约束问题,减少了约束数目,避免了敏度分析的困难;利用单位虚载荷法,将位移约束表示为设计变量的显式关系.为减小由于不同物理量在数量级上相差太大引起数值计算的误差,将应变能约束和位移约束进行无量纲化,由此建立了包含两类约束的无量纲化的优化模型.同时处理了多工况下的最佳传力路径的问题.利用对偶规划理论对模型进行了求解.另外,利用PCL语言在MSC/Patran的开发平台上实现了该文算法.数值算例表明了该方法的可行性和有效性. 展开更多

关键词 结构拓扑优化 应力约束全局化 位移约束 ICM方法 连续体

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用ICM法拓扑优化静位移及频率约束下连续体结构 被引量：19

3

作者 彭细荣 隋允康 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第4期391-396,共6页

用ICM方法建立了静位移及频率约束下、重量最小为目标的连续体结构拓扑优化模型。采用独立于截面及形状参数的连续拓扑变量,借助于过滤函数,位移约束用莫尔定理显式化,频率约束用瑞利商求导数借助模态动能及模态应变能近似显式化。用图... 用ICM方法建立了静位移及频率约束下、重量最小为目标的连续体结构拓扑优化模型。采用独立于截面及形状参数的连续拓扑变量,借助于过滤函数,位移约束用莫尔定理显式化,频率约束用瑞利商求导数借助模态动能及模态应变能近似显式化。用图形过滤处理的方法解决了棋盘格及网格依赖问题。通过构造适当的过滤函数有效地防止了局部模态问题。动态引入防止模态交换的频率约束条件,使迭代过程不发生振荡。算例表明:用ICM方法建立的模型在处理多工况静位移约束、多频率约束及解决局部模态及模态交换等问题上有优势。 展开更多

关键词 连续体结构 拓扑优化 位移约束 频率约束

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对连续体结构拓扑优化合理模型的再探讨 被引量：12

4

作者 彭细荣 隋允康 《固体力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第2期181-191,共11页

连续体结构拓扑优化存在不同的建模方式,针对不同优化模型,有必要比较不同模型间的异同以避免错误地理解及使用优化模型,同时也有必要探讨不同优化模型的适用性及合理性问题.结构重量及刚度指标是结构优化中最常用的两个指标,论文通过... 连续体结构拓扑优化存在不同的建模方式,针对不同优化模型,有必要比较不同模型间的异同以避免错误地理解及使用优化模型,同时也有必要探讨不同优化模型的适用性及合理性问题.结构重量及刚度指标是结构优化中最常用的两个指标,论文通过建立体积约束下结构柔顺度极小化模型,及位移约束下重量极小化模型,详细分析比较了在不同荷载形式、单荷载工况及多荷载工况下两种优化模型的异同,并以高层建筑大型支撑结构的拓扑优化设计应用为例,讨论了两种模型的适用性,最后在结论中给出了两种模型的优缺点及适用性.所得结论对连续体结构拓扑优化在工程中的应用及此领域内的学术研究均具有参考价值. 展开更多

关键词 拓扑优化 柔顺度 位移约束 模型比较

原文传递

多约束作用下连续体结构的拓扑优化 被引量：6

5

作者 边炳传 隋允康 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期781-788,共8页

基于ICM(独立、连续、映射)方法建立了以结构重量最小为目标,以屈曲临界力、位移及应力三种约束同时作用的连续体拓扑优化模型:采用独立的连续拓扑变量,借助泰勒展式、过滤函数将目标函数作二阶近似展开。借助瑞利商、泰勒展式、过滤函... 基于ICM(独立、连续、映射)方法建立了以结构重量最小为目标,以屈曲临界力、位移及应力三种约束同时作用的连续体拓扑优化模型:采用独立的连续拓扑变量,借助泰勒展式、过滤函数将目标函数作二阶近似展开。借助瑞利商、泰勒展式、过滤函数将屈曲约束化为近似显函数,借助于过滤函数,将位移约束用莫尔定理显式化;将应力这种局部性约束采用全局化策略进行处理,即借助第四强度理论、过滤函数将应力局部性约束转化为应变能约束,大大减少了灵敏度分析的计算量;将优化模型转化为对偶规划,减少了设计变量的数目,并利用序列二次规划求解,缩小了模型的求解规模。数值算例表明,ICM方法在解决屈曲、位移及应力三种约束共同作用的连续体拓扑优化问题上有优势。 展开更多

关键词 屈曲约束 位移约束 应力约束 ICM方法 拓扑优化

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基于SIMP理论的衡器载荷测量仪悬臂梁拓扑优化研究 被引量：7

6

作者 陈垂福 蓝双 +3 位作者 杨晓翔 梁伟 韦铁平 姚进辉 《机电工程》 CAS 2016年第4期383-387,共5页

针对高精度衡器载荷测量仪反力机构的悬臂梁质量较大的问题,对高精度衡器载荷测量仪的工作原理、悬臂梁加工工艺和拓扑优化方法进行了研究。利用ANSYS对优化前的反力机构进行了静力学分析,基于固体各向同性材料(SIMP)理论对悬臂梁进行... 针对高精度衡器载荷测量仪反力机构的悬臂梁质量较大的问题,对高精度衡器载荷测量仪的工作原理、悬臂梁加工工艺和拓扑优化方法进行了研究。利用ANSYS对优化前的反力机构进行了静力学分析,基于固体各向同性材料(SIMP)理论对悬臂梁进行了拓扑优化设计,建立了悬臂梁拓扑优化数学模型,运用优化准则法更新了设计变量,求解了位移约束下悬臂梁体积最小的拓扑结构;利用Tosca Structure对建立的数学模型进行了求解,得到了满足设计要求的悬臂梁结构,最后对优化后的悬臂梁进行了静力学分析,并与优化前的分析结果进行了对比。研究结果表明,优化后悬臂梁减重19.8%,悬臂梁结构满足强度要求;且悬臂梁竖直方向最大位移量为4.796 91 mm,可以保证高精度衡器载荷测量仪检定的准确度,由此验证了新悬臂梁结构的可行性。 展开更多

关键词 拓扑优化 位移约束 悬臂梁 SIMP

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基于ICM方法的多工况位移约束下板壳结构拓扑优化设计 被引量：5

7

作者 朱润 隋允康 《固体力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第1期81-90,共10页

基于ICM方法,建立了多种载荷工况下受位移约束极小化结构重量的拓扑优化近似显式模型,采用精确对偶映射下的序列二次规划算法进行求解,得到了结构的最优拓扑.数值算例表明:ICM方法也可以很好地应用于多工况下板壳结构拓扑优化设计,且收... 基于ICM方法,建立了多种载荷工况下受位移约束极小化结构重量的拓扑优化近似显式模型,采用精确对偶映射下的序列二次规划算法进行求解,得到了结构的最优拓扑.数值算例表明:ICM方法也可以很好地应用于多工况下板壳结构拓扑优化设计,且收敛快,稳定性好;边界条件和位移约束值都会影响结构的最优拓扑;多工况最优传力路径不是各个单工况最优传力路径的简单叠加. 展开更多

关键词 结构拓扑优化 ICM方法 板壳结构 多工况 位移约束

原文传递

边界条件对机械结构有限元分析结果的影响 被引量：5

8

作者 徐格宁 冯晓蕾 +1 位作者 陶元芳 杨瑞刚 《起重运输机械》 2010年第2期60-64,共5页

从理论上阐述边界约束条件的重要性,通过把门式起重机的支腿结构简化在2个平面内并施加不同边界条件,说明不同的边界条件会导致较大差别的分析结果,提出了如何在静力分析中正确加载边界条件,强调了为提高计算结果的正确性和精度,必须根... 从理论上阐述边界约束条件的重要性,通过把门式起重机的支腿结构简化在2个平面内并施加不同边界条件,说明不同的边界条件会导致较大差别的分析结果,提出了如何在静力分析中正确加载边界条件,强调了为提高计算结果的正确性和精度,必须根据实际情况确定边界条件。 展开更多

关键词 机械结构 有限元分析 边界条件 位移约束 载荷

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非光滑准零刚度隔振器实验研究

9

作者 曾嵘 文桂林 +3 位作者 周加喜 殷珊 王强 伍新 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第6期136-152,共17页

理论上,与传统准零刚度隔振器(QZS)相比,含限位结构的准零刚度隔振器具有更低的位移传递率峰值和更宽的隔振频率范围.但是,目前还没有相关的实验研究证明这一理论结果的正确性.因此,为了研究含限位准零刚度隔振器在实际应用过程中的隔... 理论上,与传统准零刚度隔振器(QZS)相比,含限位结构的准零刚度隔振器具有更低的位移传递率峰值和更宽的隔振频率范围.但是,目前还没有相关的实验研究证明这一理论结果的正确性.因此,为了研究含限位准零刚度隔振器在实际应用过程中的隔振特性,本文设计制作了相应的结构,并进行了动力学实验.首先,根据赫兹接触理论,建立了含限位结构的准零刚度隔振器(QZS-HCM)动力学模型.然后,对隔振器的结构进行设计和加工,制作了QZS-HCM系统,并对系统进行静力学实验来验证理论结果的正确性.接着,在简谐位移激励下,对QZS-HCM系统进行动力学测试,通过分析系统的位移传递率和时间历程来评价系统的隔振性能.同时,将QZS-HCM系统与传统QZS系统的动力学测试结果进行对比,表明QZS-HCM隔振器在大幅值位移激励下具有更低的位移响应峰值和更宽的隔振频带. 展开更多

关键词 准零刚度 隔振器 位移传递率 赫兹接触理论 动力学实验 频率范围 时间历程 隔振性能

原文传递

结构刚度优化问题模型比较研究 被引量：3

10

作者 彭细荣 《湖南城市学院学报（自然科学版）》 CAS 2016年第1期1-4,共4页

针对结构刚度优化问题存在不同优化模型,本文以悬臂梁分布参数优化问题为例,对体积比约束下柔顺度极小优化模型及位移约束下重量极小优化模型进行了比较。对集中荷载及均布荷载两种作用情况下,采用拉格朗日乘子法求解得到了设计变量梁... 针对结构刚度优化问题存在不同优化模型,本文以悬臂梁分布参数优化问题为例,对体积比约束下柔顺度极小优化模型及位移约束下重量极小优化模型进行了比较。对集中荷载及均布荷载两种作用情况下,采用拉格朗日乘子法求解得到了设计变量梁高的分布函数表达式,并给出了最优解时梁的挠曲线方程,通过优化模型解析解及挠曲线方程的比较,得到结论:在单个集中荷载作用时,两种模型间可建立等价关系,但在均布荷载情况下,难以建立两种模型间的等价。 展开更多

关键词 刚度优化 柔顺度 位移约束 模型比较

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指定位移时牙种植体周围颌骨组织应力的三维有限元分析 被引量：1

11

作者 李晓宁 樊瑜波 +3 位作者 雷文涛 蒋文涛 蒲放 陈君楷 《航天医学与医学工程》 CAS CSCD 北大核心 2002年第3期195-198,共4页

目的研究指定位移约束对颌骨的应力分布影响。方法建立一个实用局部模型 ,采用三维有限元分析法 (FEM) ,计算此模型在不同指定位移情况下的各节点的应力和位移。结果种植体周围骨组织的应力沿种植体轴线对称分布 ,在皮质骨层应力值很大 ... 目的研究指定位移约束对颌骨的应力分布影响。方法建立一个实用局部模型 ,采用三维有限元分析法 (FEM) ,计算此模型在不同指定位移情况下的各节点的应力和位移。结果种植体周围骨组织的应力沿种植体轴线对称分布 ,在皮质骨层应力值很大 ,在孔底部分松质骨层应力值较小 ;应力值大小与指定位移大小呈正比的线性关系。结论在研究和预估测种植体周围颌骨组织内应力分布时 。 展开更多

关键词 指定位移 牙种植体 颌骨组织应力 三维有限元

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基于变位移约束的结构材料优化设计 被引量：1

12

作者 赵志军 荣见华 +1 位作者 黄方林 俞燎宏 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第6期948-955,1114,共8页

针对质量最小化、位移为约束条件的结构材料优化问题,提出了一种变位移约束的结构材料拓扑优化方法。采用分式有理式识别结构材料单元特性参数,以细观单元拓扑变量倒数为设计变量,结合均匀化方法求出宏观结构单元的等效刚度矩阵以及其... 针对质量最小化、位移为约束条件的结构材料优化问题,提出了一种变位移约束的结构材料拓扑优化方法。采用分式有理式识别结构材料单元特性参数,以细观单元拓扑变量倒数为设计变量,结合均匀化方法求出宏观结构单元的等效刚度矩阵以及其对细观单元设计变量的导数,进而得到位移的一阶近似展开式。结合变约束限的思想,得到了以结构质量作为目标函数、位移作为约束条件的连续体细观结构拓扑优化近似模型;并采用对偶方法进行求解。对几种典型结构,进行了考虑单个和多个位移约束的结构材料优化设计,所得结果验证了本文方法的有效性和可行性。 展开更多

关键词 细观结构 拓扑优化 位移约束 材料设计

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抗滑桩与桩顶弧形连系梁协同作用机理及计算分析 被引量：1

13

作者 张志伟 邓荣贵 钟志彬 《山地学报》 CSCD 北大核心 2015年第1期72-80,共9页

桩顶弧形连系梁通过约束桩顶位移,能够优化桩身的受力状态,且能提高抗滑桩的整体稳定性。与直线型连系梁相比,弧形连系梁的受力性能与拱形结构相似,以受压为主,能够充分发挥混凝土较高的抗压能力,通过抗滑桩及连系梁可将部分滑坡推力传... 桩顶弧形连系梁通过约束桩顶位移,能够优化桩身的受力状态,且能提高抗滑桩的整体稳定性。与直线型连系梁相比,弧形连系梁的受力性能与拱形结构相似,以受压为主,能够充分发挥混凝土较高的抗压能力,通过抗滑桩及连系梁可将部分滑坡推力传递至滑体两侧稳定岩土体,降低了对滑床岩土体强度及抗滑桩桩身强度的要求。根据抗滑桩与连系梁之间的协同作用及变形协调,利用力法原理,建立柔度方程,求解桩顶与连系梁之间的约束冗力,进而计算连系梁及抗滑桩的内力和位移。通过算例表明,弧形连系梁较直线型连系梁内力分布均匀,与单桩及桩顶受直线型连系梁约束的排桩相比,弧形连系梁对抗滑桩的约束效果明显,而且约束效果随弧形连系梁矢跨比的增加而增强。 展开更多

关键词 弧形排桩 弧形连系梁 协同作用 内力分布 位移约束

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周期板桁结构拓扑优化设计

14

作者 岳海玲 《河南科技》 2021年第22期98-100,共3页

板桁结构形式是桥梁结构中经常采用的结构形式。考虑制造方便和结构优化设计,本文研究了位移约束的周期性板桁结构拓扑优化设计问题,将板桁结构的板区域看成优化设计的非设计区域,将桁架部分看成设计区域,通过引入周期性约束条件将桁架... 板桁结构形式是桥梁结构中经常采用的结构形式。考虑制造方便和结构优化设计,本文研究了位移约束的周期性板桁结构拓扑优化设计问题,将板桁结构的板区域看成优化设计的非设计区域,将桁架部分看成设计区域,通过引入周期性约束条件将桁架区域划分成若干个周期子区域,并采用位移约束的拓扑优化方法进行优化设计,实现了指定周期约束的板桁结构拓扑优化设计。算例结果表明,优化迭代过程平稳,获得了清晰的板桁结构优化拓扑构型,可应用于工程实际。 展开更多

关键词 板桁结构 拓扑优化 位移约束

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多工况多约束下离散变量桁架结构的拓扑优化设计 被引量：37

15

作者 王跃方 孙焕纯 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 1995年第3期365-369,共5页

提出了一个多工况下受应力、位移约束的离散变量桁架结构的拓扑优化方法，给出了结构拓扑形式变更时的约束处理方法及杆件删除策略，使基结构设计空间的维数不断降低，达到最优拓扑，避免了奇异解的出现，在算例中指出了截面离散集和位... 提出了一个多工况下受应力、位移约束的离散变量桁架结构的拓扑优化方法，给出了结构拓扑形式变更时的约束处理方法及杆件删除策略，使基结构设计空间的维数不断降低，达到最优拓扑，避免了奇异解的出现，在算例中指出了截面离散集和位移约束对最优拓扑的影响；算例给出了满意的拓扑优化解。 展开更多

关键词 离散变量 拓扑优化 桁架结构 最优设计

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基于Heaviside密度和灵敏度过滤的多位移约束结构拓扑优化 被引量：5

16

作者 张新超 荣见华 +2 位作者 陈晨晨 唐治丽 何肖盼 《长沙理工大学学报（自然科学版）》 CAS 2012年第2期57-62,共6页

针对位移约束重量最小的有限元结构优化问题,结合独立、连续、映射(ICM)方法和体积不变的Heaviside密度过滤技术以及灵敏度过滤方法,建立了一套高效的位移近似表达式.结合多位移约束措施和对偶理论,形成了一种基于Heaviside密度和灵敏... 针对位移约束重量最小的有限元结构优化问题,结合独立、连续、映射(ICM)方法和体积不变的Heaviside密度过滤技术以及灵敏度过滤方法,建立了一套高效的位移近似表达式.结合多位移约束措施和对偶理论,形成了一种基于Heaviside密度和灵敏度过滤的多位移约束结构拓扑优化方法.算例的结果证明了此方法的有效性和高效性,并且能够得到清晰的0/1分布. 展开更多

关键词 拓扑优化 Heaviside密度过滤 灵敏度过滤 多位移约束

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考虑局部模态约束的卫星结构优化

17

作者 刘嫣洁 杨苗苑 李子轩 《航天器环境工程》 CSCD 北大核心 2023年第6期611-616,共6页

在卫星结构设计中,基于传统的全局频率约束问题的结构优化方法不能直接应用于模式置换现象的局部频率约束问题。为此提出一种近似方法:首先假设在优化过程中结构整体质量矩阵的变化可以忽略不计,且指定局部频率的模态振型在优化前后是... 在卫星结构设计中,基于传统的全局频率约束问题的结构优化方法不能直接应用于模式置换现象的局部频率约束问题。为此提出一种近似方法:首先假设在优化过程中结构整体质量矩阵的变化可以忽略不计,且指定局部频率的模态振型在优化前后是一致的;然后基于这2个假设,将原始局部频率约束的优化问题转化为局部区域节点位移约束的优化问题,节点位移约束由当前局部频率和期望局部频率之间的比值确定。数值算例和实际工程优化实例验证了该方法的合理、有效。 展开更多

关键词 卫星结构优化 全局频率 局部频率 节点位移约束

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多节点位移约束拓扑优化的增广拉格朗日法

18

作者 陈卓 龙凯 +2 位作者 张承婉 杨晓宇 刘鑫 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第3期474-481,共8页

针对结构承载面抗变形的设计需求,提出增广拉格朗日框架下的多节点位移约束拓扑优化方法.首先,建立以多节点位移为约束、以体积分数最小化为目标的拓扑优化列式;其次,利用增广拉格朗日方法将数量众多的位移约束方程转化到目标函数中,将... 针对结构承载面抗变形的设计需求,提出增广拉格朗日框架下的多节点位移约束拓扑优化方法.首先,建立以多节点位移为约束、以体积分数最小化为目标的拓扑优化列式;其次,利用增广拉格朗日方法将数量众多的位移约束方程转化到目标函数中,将多约束优化问题转化为无约束优化问题;最后,采用移动渐进线法求解无约束优化问题.数值算例结果表明,与包络函数方法相比,该方法能够进一步减少结构体积,且具有稳健、高效和不受参数影响的优势;与柔顺度最小化列式相比,该方法能够有效地控制局部区域的变形,在如风电叶片结构轻量化设计等工程应用中具有必要性. 展开更多

关键词 拓扑优化 节点位移约束 增广拉格朗日 轻量化设计

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多位移约束下渐进结构拓扑优化设计 被引量：2

19

作者 谢亚军 荣见华 +2 位作者 俞燎宏 朱海锋 李方义 《现代制造工程》 CSCD 北大核心 2017年第8期19-28,82,共11页

渐进结构优化方法通用性好,程序实现简单,能获得一系列黑白分布的优化拓扑,但它难于求解多约束拓扑优化问题。为了将渐进结构优化方法拓展到求解多约束拓扑优化问题,针对多位移约束下结构体积最小的结构拓扑优化问题,采用有理分式材料模... 渐进结构优化方法通用性好,程序实现简单,能获得一系列黑白分布的优化拓扑,但它难于求解多约束拓扑优化问题。为了将渐进结构优化方法拓展到求解多约束拓扑优化问题,针对多位移约束下结构体积最小的结构拓扑优化问题,采用有理分式材料模型,建立刚度与拓扑变量的关系;构建求解多约束拉格朗日乘子的近似优化问题模型和其光滑对偶算法;而后,给出单元灵敏度数计算公式和渐进结构优化算法;最后给出了两个验证算例,所得结果验证了该方法的正确性和有效性。 展开更多

关键词 多位移约束 渐进结构优化 拓扑优化 拉格朗日乘子

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层间位移约束下高层框架-支撑结构的单步优化法 被引量：2

20

作者 孙飞飞 马志东 贾瑞梓 《同济大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第11期1494-1500,1593,共8页

从虚功角度将基于层间位移约束的高层建筑规则结构多约束优化问题转化为基于顶层整体转动的单约束问题,并提出了基于虚功的单步优化法.通过算例分析了单步优化法应用情况,并将其优化结果与SAP2000有限元分析软件优化结果进行对比.结果表... 从虚功角度将基于层间位移约束的高层建筑规则结构多约束优化问题转化为基于顶层整体转动的单约束问题,并提出了基于虚功的单步优化法.通过算例分析了单步优化法应用情况,并将其优化结果与SAP2000有限元分析软件优化结果进行对比.结果表明:针对层间位移约束,采用单步优化法用钢量节省约10%. 展开更多

关键词 高层建筑规则结构 层间位移约束 单步优化法

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