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Detail control strategies for topology optimization in architectural design and development 被引量:5
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作者 Xin Yan Dingwen Bao +2 位作者 Yufang Zhou Yimin Xie Tong Cui 《Frontiers of Architectural Research》 CSCD 2022年第2期340-356,共17页
With the ability to generate forms with high efficiency and elegant geometry,topology optimization has been increasingly used in architectural and structural designs.However,the conventional topology optimization tech... With the ability to generate forms with high efficiency and elegant geometry,topology optimization has been increasingly used in architectural and structural designs.However,the conventional topology optimization techniques aim at achieving the structurally most efficient solution without any potential for architects or designers to control the design details.This paper introduces three strategies based on Bi-directional Evolutionary Structural Optimization(BESO)method to artificially pre-design the topological optimized structures.These strategies have been successfully applied in the computational morphogenesis of various structures for solving practical design problems.The results demonstrate that the developed methodology can provide the designer with structurally efficient and topologically different solutions according to their proposed designs with multi-filter radii,multi-volume fractions,and multi-weighting coefficients.This work establishes a general approach to integrating objective topology optimization methods with subjective human design preferences,which has great potential for practical applications in architecture and engineering industry. 展开更多
关键词 Bi-directional evolutionary structural optimization(beso) Topology optimization Detail control Diverse design Architectural formfinding
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利用双向渐进结构优化算法进行建筑设计 被引量:21
2
作者 谢亿民 左志豪 吕俊超 《时代建筑》 2014年第5期20-25,共6页
文章旨在揭示现代结构拓扑优化算法在建筑设计中的重要作用。结构拓扑优化能够确定设计体量中空腔所处的最佳位置和形态,从而有效地生成在结构上经济高效、在建筑上富有创新的概念设计。渐进结构优化法是过去30年来产生的各种拓扑优化... 文章旨在揭示现代结构拓扑优化算法在建筑设计中的重要作用。结构拓扑优化能够确定设计体量中空腔所处的最佳位置和形态,从而有效地生成在结构上经济高效、在建筑上富有创新的概念设计。渐进结构优化法是过去30年来产生的各种拓扑优化算法中最常用的算法之一,使用简单且高效,能够应用于各类结构设计问题。该算法的最新的一个版本——双向渐进优化算法有很好的稳定性和准确性,近十年在全球范围内被广泛使用。文章通过一系列案例,阐述如何利用双向渐进优化算法生成形式美观且结构高效的形态。 展开更多
关键词 拓扑优化 双向渐进结构优化算法 人行桥 刚度设计 三维打印
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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
3
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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基于柔性机构的机翼前缘变形多目标优化 被引量:7
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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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基于改进遗传算法的双向渐进结构优化方法研究 被引量:8
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作者 吴贝尼 夏利娟 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2021年第2期193-201,共9页
本文提出了一种基于改进遗传算法的软删除双向渐进结构优化法(G-BESO),以解决传统双向渐进结构优化法(BESO)中参数(如进化率)设置不当而导致无法获得最优拓扑构型的问题。首先确定单元权重系数与单元密度的递推关系式,形成一种考虑单元... 本文提出了一种基于改进遗传算法的软删除双向渐进结构优化法(G-BESO),以解决传统双向渐进结构优化法(BESO)中参数(如进化率)设置不当而导致无法获得最优拓扑构型的问题。首先确定单元权重系数与单元密度的递推关系式,形成一种考虑单元密度历史信息的材料插值模型,从而增强恢复误删高效单元的能力。然后引入遗传算法中的交叉和变异操作,启发式地更新结构状态以提高全局寻优能力。最后将该方法编写成可用于实际工程结构优化设计的程序。算例表明,提出的方法能稳定得到最优拓扑形状且计算效率更高,可为工程结构的拓扑优化设计提供一定参考。 展开更多
关键词 结构拓扑优化 遗传算法 双向渐进结构优化方法 材料插值模型 最优解
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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
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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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考虑质量约束的多相材料结构拓扑优化新方法 被引量:1
7
作者 武星 封硕 +2 位作者 齐峻 韩启东 何芝 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期484-490,共7页
提出了一种将双向渐进法(BESO)与快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)相结合的拓扑优化方法,称为BESO-NSGA-Ⅱ方法.与传统双向渐进法的体积约束不同,本文算法以质量作为约束条件,并采用多相材料插值方案实现了多相材料的优化分布.通过大量... 提出了一种将双向渐进法(BESO)与快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)相结合的拓扑优化方法,称为BESO-NSGA-Ⅱ方法.与传统双向渐进法的体积约束不同,本文算法以质量作为约束条件,并采用多相材料插值方案实现了多相材料的优化分布.通过大量的算例,证明了算法的稳定性和有效性.与传统双向渐进法相比,新算法在相同约束条件下能有效地提高结构刚度.同时,为了获得干净的拓扑,该算法提出了在交叉变异过程中使用的双惩罚算子来实现干净的拓扑结构.结果表明,该算法能较好地实现结构的轻量化设计. 展开更多
关键词 拓扑优化 质量约束 双向渐进法(beso) 快速非支配遗传算法(NSGA-Ⅱ) 多相材料插值方案
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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:5
8
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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复合材料/结构两尺度动力学拓扑优化设计 被引量:1
9
作者 李生 张宪国 +1 位作者 刘远昊 邱浩波 《噪声与振动控制》 CSCD 北大核心 2023年第6期38-43,50,共7页
基于均匀化理论,建立以结构第一阶固有频率最大为目标的宏/微观结构构型与材料分布的两尺度动力学拓扑优化模型,推导目标函数和约束函数对宏/微观设计变量的灵敏度,研究两尺度动力学拓扑优化方法。另外,采用一个修正固体各向同性材料惩... 基于均匀化理论,建立以结构第一阶固有频率最大为目标的宏/微观结构构型与材料分布的两尺度动力学拓扑优化模型,推导目标函数和约束函数对宏/微观设计变量的灵敏度,研究两尺度动力学拓扑优化方法。另外,采用一个修正固体各向同性材料惩罚(SIMP)模型避免局部模态现象。相关数值算例说明,该方法可以有效实现结构基频最大化的材料/结构两尺度动力学拓扑优化设计。此外,通过算例研究复合材料的弹性模量对优化结果的影响规律。 展开更多
关键词 振动与波 两尺度拓扑优化 均匀化理论 双向渐进结构优化 固有频率 动力学优化
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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:2
10
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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基于双尺度拓扑优化的多相材料结构设计方法
11
作者 武星 齐峻 《南方农机》 2023年第3期36-38,42,共4页
针对双尺度优化问题,研究小组提出了一种将双向渐进法(BESO)与快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)相结合的拓扑优化方法,称为BESO-NSGA-Ⅱ。通过基于能量的均匀化理论推导非均质材料的有效性质,并采用多相材料插值方案实现双尺度结构多相... 针对双尺度优化问题,研究小组提出了一种将双向渐进法(BESO)与快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)相结合的拓扑优化方法,称为BESO-NSGA-Ⅱ。通过基于能量的均匀化理论推导非均质材料的有效性质,并采用多相材料插值方案实现双尺度结构多相材料的拓扑优化。为了获得“干净”的拓扑,BESO-NSGA-Ⅱ算法提出了在交叉变异过程中使用双惩罚算子来实现“干净”的拓扑结构。通过算例并与经典BESO算法进行对比,验证了BESO-NSGA-Ⅱ算法的稳定性和有效性及其获得收敛解的能力,以期为后续的双尺度拓扑优化研究提供参考依据。 展开更多
关键词 双尺度优化 双向渐进法(beso) 快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ) 多相材料插值方案
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基于双向渐进结构优化法的“破损-安全”结构轻量化设计 被引量:1
12
作者 冯佳 吴艳发 +2 位作者 邱文科 黄舟 夏凉 《固体力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期70-83,共14页
“破损-安全”(fail-safe)设计通过冗余载荷路径设计提升结构的损伤容限(残余承载能力),是保障飞行器结构安全性的重要设计环节;然而,冗余结构形式不可避免地导致重量增加、效率降低,严重制约飞行器结构性能的进一步提升.论文基于双向... “破损-安全”(fail-safe)设计通过冗余载荷路径设计提升结构的损伤容限(残余承载能力),是保障飞行器结构安全性的重要设计环节;然而,冗余结构形式不可避免地导致重量增加、效率降低,严重制约飞行器结构性能的进一步提升.论文基于双向渐进结构优化法(Bi-directional Evolutionary Structural Optimization),提出了一种“破损-安全”结构轻量化设计方法.具体地,设计方法采用“0/1”离散拓扑变量,以结构重量(材料用量)最小化作为优化目标,同时对局部破损结构的承载形变进行约束(低于安全阈值).针对渐进结构优化法难处理多设计约束的瓶颈,采用p范数法对局部破损结构的最大承载形变进行凝聚,并通过拉格朗日乘子将其耦合至优化目标函数,实现结构轻量化与“破损-安全”的同步设计.进一步地,并依据最大残余承载形变对局部区域破损之于“破损-安全”的影响程度进行判定,通过免除低影响局部破损区域的残余承载形变分析与约束,大幅度地提升了优化设计效率.通过系列基准测试算例,验证了论文“破损-安全”设计方法的有效性及高效性. 展开更多
关键词 破损-安全 拓扑优化 渐进优化法 轻量化设计 残余承载能力
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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:1
13
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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一种提高多材料拓扑优化结构安全性和强度的策略
14
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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面向飞机颤振模型设计的结构拓扑优化研究 被引量:3
15
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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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:1
16
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BESO方法的连续体结构动态特性多目标拓扑优化 被引量:1
17
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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COMPUTER PROGRAM FOR DIRECTED STRUCTURE TOPOLOGY OPTIMIZATION 被引量:1
18
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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结构定向拓扑优化及软件实现 被引量:2
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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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