在连续体拓扑优化领域中,寻求更好的建模方法和更快的求解算法一直是研究人员的研究重点。为此,针对拓扑优化设计方法中的变密度法进行深入分析。研究和比较各向同性惩罚微结构法(Solid isotropic microstructure with penalization,SI...在连续体拓扑优化领域中,寻求更好的建模方法和更快的求解算法一直是研究人员的研究重点。为此,针对拓扑优化设计方法中的变密度法进行深入分析。研究和比较各向同性惩罚微结构法(Solid isotropic microstructure with penalization,SIMP)和材料属性有理近似模型(Rational approximation of material properties,RAMP)的优缺点后,建立基于RAMP法的优化模型,并结合导重法求解算法,用于结构拓扑优化领域。详细推导单、多工况的最小柔度拓扑优化的迭代公式,给出导重法各变量的物理定义,并分别对单工况和多工况两个典型算例进行拓扑优化计算。算例结果令人满意,同时表明RAMP插值模型结合导重法求解结构拓扑优化问题具有设计变量少、迭代次数少、收敛速度快、优化效率高的特点,验证了其可行性和高效性。展开更多
采用导重法对惯性载荷下、以转动惯量为约束的拓扑优化问题进行求解。导重法经过改进,可以得到固定载荷下以整体柔顺度为目标、以转动惯量为约束的拓扑优化迭代公式。考虑到迭代计算时惯性载荷本身随各向同性固体微结构惩罚模型(Solid i...采用导重法对惯性载荷下、以转动惯量为约束的拓扑优化问题进行求解。导重法经过改进,可以得到固定载荷下以整体柔顺度为目标、以转动惯量为约束的拓扑优化迭代公式。考虑到迭代计算时惯性载荷本身随各向同性固体微结构惩罚模型(Solid isotropic micro-structures with penalization,SIMP)中的伪密度的变化,进一步推导重力作用下的单工况拓扑优化迭代公式和重力-离心力同时作用下的多工况拓扑优化迭代公式,并通过相应算例证明其可行性和有效性。将得到的迭代算法应用于飞行模拟器大臂的优化设计中,并将由此得到的拓扑形貌与商业化优化软件Optistruct中得到的结果进行比较。对比显示:该算法比传统的序列线性规划法(Sequential linear programming,SLP)或移动渐近线法(Method of moving asymptotes,MMA)的优化效果更佳,且二者的迭代效率差别不大。导重法为惯性载荷作用下以总体柔度为目标、以转动惯量为约束的拓扑优化问题提供新的有效的解决思路。展开更多
The guide-weight method is introduced to solve two kinds of topology optimization problems with multiple loads in this paper.The guide-weight method and its Lagrange multipliers' solution methods are presented fir...The guide-weight method is introduced to solve two kinds of topology optimization problems with multiple loads in this paper.The guide-weight method and its Lagrange multipliers' solution methods are presented first,and the Lagrange multipliers' soution method of problems with multiple constraints is improved by the dual method.Then the iterative formulas of the guide-weight method for topology optimization problems of minimum compliance and minimum weight are derived and coresponding numerical examples are calculated.The results of the examples exhibits that when the guide-weight method is used to solve topology optimization problems with multiple loads,it works very well with simple iterative formulas,and has fast convergence and good solution.After comparison with the results calculated by the SCP method in Ansys,one can conclude that the guide-weight method is an effective method and it provides a new way for solving topology optimization problems.展开更多
在拓扑优化中,因为设计变量多并且目标函数和约束函数都是设计变量的隐函数,求解难度较大,所以寻找更快更好的求解方法一直都是拓扑优化问题的研究重点。为此,将导重法引入到拓扑优化的求解中,介绍质量约束下求结构最优性能问题和性能...在拓扑优化中,因为设计变量多并且目标函数和约束函数都是设计变量的隐函数,求解难度较大,所以寻找更快更好的求解方法一直都是拓扑优化问题的研究重点。为此,将导重法引入到拓扑优化的求解中,介绍质量约束下求结构最优性能问题和性能约束下求结构最小质量问题的导重法迭代准则,采用密度惩罚(Solid isotropic material with penalization,SIMP)方法建立单工况下求最小柔度和最小质量这两类拓扑优化问题的优化模型,推导出用导重法求解这两类问题的迭代公式并计算了相应的算例,与ANSYS中采用的优化准则法(Optimality criteria,OC)和序列凸规划法(Sequential convex programming,SCP)进行对比分析。通过计算和对比分析显示出用导重法求解拓扑优化问题具有迭代公式简单、适用范围广、收敛速度快、求解效果好的优点。导重法为拓扑优化问题的求解提供了一条新的途径。展开更多
介绍了导重准则法基本原理并将其应用于杆系结构及连续体结构拓扑优化。对于重量约束结构性能最优化和多性态约束结构重量最小化问题的连续结构拓扑优化问题,详细推导了导重法与变密度SIMP(Solid Isotropic Microstructure with Penaliz...介绍了导重准则法基本原理并将其应用于杆系结构及连续体结构拓扑优化。对于重量约束结构性能最优化和多性态约束结构重量最小化问题的连续结构拓扑优化问题,详细推导了导重法与变密度SIMP(Solid Isotropic Microstructure with Penalization)法相结合的更加规范的全新优化准则公式,并给出了相应的算例。计算结果表明,导重法不仅适用于传统的结构尺寸优化与形状优化,而且可很好地求解结构拓扑优化问题,并具有公式简单、通用性强、收敛速度快及优化效果好的优点。展开更多
结合固体各向同性惩罚微结构模型SIMP(Solid Isotropic Microstructures with Penalization),将导重法用于求解拓扑优化问题。针对导重法迭代公式中步长因子的取值问题,提出两种变步长因子的控制策略,以结构最优性指标为参考,自动确定...结合固体各向同性惩罚微结构模型SIMP(Solid Isotropic Microstructures with Penalization),将导重法用于求解拓扑优化问题。针对导重法迭代公式中步长因子的取值问题,提出两种变步长因子的控制策略,以结构最优性指标为参考,自动确定每步迭代的步长因子。同时引入密度补偿方法,以结构最优性指标为依据自动判断加入密度补偿的时机。利用经典拓扑优化算例,验证两种步长因子控制策略的优越性;通过细长梁算例,比较优化准则法OC(Optimality Criteria)和导重法的差异,分析对比两种步长因子控制策略施加密度补偿方法前后的计算结果。研究结果表明,两种步长因子控制策略能够取得更优解,有效提升求解效率;对于细长梁的拓扑优化问题,导重法求得的解较OC算法更具有全局性,优化效果更佳;密度补偿方法可进一步提升导重法的求解效率。展开更多
为了提高导重法求解拓扑优化问题的计算效果,提出一种改进的导重法,并引入了灰度过滤技术抑制优化过程中灰度单元的产生.首先基于RAMP(the rational approximation of material properties)模型结合导重法求解最小柔度拓扑优化问题的迭...为了提高导重法求解拓扑优化问题的计算效果,提出一种改进的导重法,并引入了灰度过滤技术抑制优化过程中灰度单元的产生.首先基于RAMP(the rational approximation of material properties)模型结合导重法求解最小柔度拓扑优化问题的迭代表达式,利用二分法对表达式中的拉格朗日乘子求法进行了改进;为减少优化后结构图像中的灰度单元数量,在迭代表达式中引入灰度过滤函数;最后将上述理论拓展到多工况拓扑优化问题中,采用归一化组合处理方法建立目标函数.对多工况拓扑优化问题的2个典型算例进行计算的结果表明,应用文中理论求解拓扑优化问题具有收敛稳定、求解快速、图像清晰的特点.展开更多
文摘在连续体拓扑优化领域中,寻求更好的建模方法和更快的求解算法一直是研究人员的研究重点。为此,针对拓扑优化设计方法中的变密度法进行深入分析。研究和比较各向同性惩罚微结构法(Solid isotropic microstructure with penalization,SIMP)和材料属性有理近似模型(Rational approximation of material properties,RAMP)的优缺点后,建立基于RAMP法的优化模型,并结合导重法求解算法,用于结构拓扑优化领域。详细推导单、多工况的最小柔度拓扑优化的迭代公式,给出导重法各变量的物理定义,并分别对单工况和多工况两个典型算例进行拓扑优化计算。算例结果令人满意,同时表明RAMP插值模型结合导重法求解结构拓扑优化问题具有设计变量少、迭代次数少、收敛速度快、优化效率高的特点,验证了其可行性和高效性。
文摘采用导重法对惯性载荷下、以转动惯量为约束的拓扑优化问题进行求解。导重法经过改进,可以得到固定载荷下以整体柔顺度为目标、以转动惯量为约束的拓扑优化迭代公式。考虑到迭代计算时惯性载荷本身随各向同性固体微结构惩罚模型(Solid isotropic micro-structures with penalization,SIMP)中的伪密度的变化,进一步推导重力作用下的单工况拓扑优化迭代公式和重力-离心力同时作用下的多工况拓扑优化迭代公式,并通过相应算例证明其可行性和有效性。将得到的迭代算法应用于飞行模拟器大臂的优化设计中,并将由此得到的拓扑形貌与商业化优化软件Optistruct中得到的结果进行比较。对比显示:该算法比传统的序列线性规划法(Sequential linear programming,SLP)或移动渐近线法(Method of moving asymptotes,MMA)的优化效果更佳,且二者的迭代效率差别不大。导重法为惯性载荷作用下以总体柔度为目标、以转动惯量为约束的拓扑优化问题提供新的有效的解决思路。
基金supported in part by the National Natural Science Founda-tion of China (Grant No 51075222)the Fund of State Key Laboratory of Tribology (Grant No SKLT10C02)the National Key Scientific and Technological Project (Grant No 2010ZX04004-116)
文摘The guide-weight method is introduced to solve two kinds of topology optimization problems with multiple loads in this paper.The guide-weight method and its Lagrange multipliers' solution methods are presented first,and the Lagrange multipliers' soution method of problems with multiple constraints is improved by the dual method.Then the iterative formulas of the guide-weight method for topology optimization problems of minimum compliance and minimum weight are derived and coresponding numerical examples are calculated.The results of the examples exhibits that when the guide-weight method is used to solve topology optimization problems with multiple loads,it works very well with simple iterative formulas,and has fast convergence and good solution.After comparison with the results calculated by the SCP method in Ansys,one can conclude that the guide-weight method is an effective method and it provides a new way for solving topology optimization problems.
文摘在拓扑优化中,因为设计变量多并且目标函数和约束函数都是设计变量的隐函数,求解难度较大,所以寻找更快更好的求解方法一直都是拓扑优化问题的研究重点。为此,将导重法引入到拓扑优化的求解中,介绍质量约束下求结构最优性能问题和性能约束下求结构最小质量问题的导重法迭代准则,采用密度惩罚(Solid isotropic material with penalization,SIMP)方法建立单工况下求最小柔度和最小质量这两类拓扑优化问题的优化模型,推导出用导重法求解这两类问题的迭代公式并计算了相应的算例,与ANSYS中采用的优化准则法(Optimality criteria,OC)和序列凸规划法(Sequential convex programming,SCP)进行对比分析。通过计算和对比分析显示出用导重法求解拓扑优化问题具有迭代公式简单、适用范围广、收敛速度快、求解效果好的优点。导重法为拓扑优化问题的求解提供了一条新的途径。
文摘介绍了导重准则法基本原理并将其应用于杆系结构及连续体结构拓扑优化。对于重量约束结构性能最优化和多性态约束结构重量最小化问题的连续结构拓扑优化问题,详细推导了导重法与变密度SIMP(Solid Isotropic Microstructure with Penalization)法相结合的更加规范的全新优化准则公式,并给出了相应的算例。计算结果表明,导重法不仅适用于传统的结构尺寸优化与形状优化,而且可很好地求解结构拓扑优化问题,并具有公式简单、通用性强、收敛速度快及优化效果好的优点。
文摘为了提高导重法求解拓扑优化问题的计算效果,提出一种改进的导重法,并引入了灰度过滤技术抑制优化过程中灰度单元的产生.首先基于RAMP(the rational approximation of material properties)模型结合导重法求解最小柔度拓扑优化问题的迭代表达式,利用二分法对表达式中的拉格朗日乘子求法进行了改进;为减少优化后结构图像中的灰度单元数量,在迭代表达式中引入灰度过滤函数;最后将上述理论拓展到多工况拓扑优化问题中,采用归一化组合处理方法建立目标函数.对多工况拓扑优化问题的2个典型算例进行计算的结果表明,应用文中理论求解拓扑优化问题具有收敛稳定、求解快速、图像清晰的特点.
