連續(xù)體結(jié)構(gòu)靜動力拓?fù)鋬?yōu)化.pdf

1、本文應(yīng)用隋允康教授提出的ICM拓?fù)鋬?yōu)化方法，主要研究了在靜力響應(yīng)、動力響應(yīng)及結(jié)構(gòu)固有頻率等約束下的連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化問題，并對連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化中存在的數(shù)值問題如棋盤格現(xiàn)象、網(wǎng)格依賴性、載荷病態(tài)問題、局部模態(tài)及模態(tài)交換問題等進(jìn)行了處理，在如下幾個(gè)方面做了貢獻(xiàn)： 1.敏度分析(1)對應(yīng)力敏度及強(qiáng)迫諧振動位移幅值敏度推導(dǎo)了伴隨法公式，適用于設(shè)計(jì)變量數(shù)目比約束數(shù)目多的優(yōu)化問題中； (2)對頻率敏度提出用單元模態(tài)應(yīng)變能及單元模態(tài)

2、動能表示，從而避免了額外的敏度分析計(jì)算。 2.模型建立及求解(1)用ICM方法建立了以重量為目標(biāo)，位移、頻率、強(qiáng)迫諧振動位移幅值等為約束的統(tǒng)一模型，將研究從靜力領(lǐng)域擴(kuò)展到動力領(lǐng)域；將優(yōu)化模型轉(zhuǎn)化為對偶模型，用序列二次規(guī)劃法求解； (2)對局部性應(yīng)力約束，提出了一種應(yīng)力全局化途徑，即借助于第四強(qiáng)度理論，將單元Mises應(yīng)力約束轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)總應(yīng)變能約束，從而使應(yīng)力約束問題在多工況下能更好地得到傳力路徑； (3)通過分析

3、載荷病態(tài)問題的本質(zhì)，將載荷病態(tài)分成三類，對各類載荷病態(tài)問題提出了建模與求解方法； (4)通過選擇適當(dāng)?shù)倪^濾函數(shù)及加入拓?fù)渥兞侩x散性條件作為目標(biāo)與原重量目標(biāo)線性加權(quán)組成單目標(biāo)模型，使拓?fù)渥兞吭趦?yōu)化過程中自動向0或1兩端靠近，只在結(jié)構(gòu)優(yōu)化的最后一步進(jìn)行刪除反演，克服了原算法最優(yōu)拓?fù)浣Y(jié)果受刪除率影響的不足； 3.數(shù)值問題處理(1)用圖形過濾處理技術(shù)，對單元位移貢獻(xiàn)系數(shù)、單元應(yīng)變能、頻率敏度系數(shù)及強(qiáng)迫諧振動位移幅值敏度系數(shù)等用過

4、濾矩陣進(jìn)行處理，從而消除了各類拓?fù)鋬?yōu)化問題中存在的棋盤格現(xiàn)象及網(wǎng)格依賴性問題； (2)在拓?fù)鋬?yōu)化中，當(dāng)載荷相差較大時(shí)，小載荷的傳力路徑可能失去，本文用應(yīng)變能為權(quán)系數(shù)的加權(quán)方法對三類載荷病態(tài)問題進(jìn)行了處理； (3)通過應(yīng)用ICM方法及選取適當(dāng)?shù)倪^濾函數(shù)系數(shù)的方式，消除了在頻率拓?fù)鋬?yōu)化中常出現(xiàn)的局部模態(tài)現(xiàn)象； (4)通過動態(tài)加入相鄰頻率約束條件，防止引起優(yōu)化過程振蕩的模態(tài)交換現(xiàn)象發(fā)生，從而穩(wěn)定了優(yōu)化求解過程。