拓撲優(yōu)化理論及其在面板堆石壩優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用.pdf

1、混凝土面板堆石壩是土石壩的主要壩型之一，也是水工結(jié)構(gòu)工程中的重要結(jié)構(gòu)形式之一。壩主體由堆石體或礫石組成，起支承作用，其上游面設(shè)置混凝土面板起防滲作用。因為混凝土面板堆石壩在技術(shù)上和經(jīng)濟上有明顯的優(yōu)越性，使這種壩型在近期得到了迅速發(fā)展，越來越受到水工界的重視。 拓撲優(yōu)化是近年來結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究領(lǐng)域中的理論前沿和熱點問題，也是結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的重點和難點。結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化技術(shù)的本質(zhì)是利用能量原理，求出給定條件下使結(jié)構(gòu)剛度最大的最優(yōu)材料分布模式，也

2、即是最理想的傳力途徑。隨著拓撲優(yōu)化理論的進一步發(fā)展和完善，其應(yīng)用于工程實踐的條件也日趨成熟。本文在研究拓撲優(yōu)化基本理論和方法的基礎(chǔ)上，將其應(yīng)用到面板堆石壩體形優(yōu)化設(shè)計中，并作做了一些新的探討和嘗試，具體的研究工作如下： 1、研究和比較了均勻化方法、變密度方法以及變厚度方法等拓撲優(yōu)化方法的數(shù)學(xué)模型，并且對各個方法的優(yōu)缺點進行了分析和討論；在均勻化方法數(shù)值解法的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出拓撲優(yōu)化問題的求解迭代算式。 2、研究基于有限元理

3、論結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化方法，應(yīng)用ANSYS有限元軟件的APDL語言，給出了連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化程序?qū)崿F(xiàn)的方法。 3、在有限單元法基本原理及通用軟件ANSYS的基礎(chǔ)上，針對在處理堆石體時ANSYS只提供了D-P模型的不足，用APDL二次開發(fā)的功能，開發(fā)出用于面板堆石壩體的E-μ、E-B本構(gòu)模型。 4、以體積最小為目標，對混凝土面板堆石壩的合理空間分布形式進行了研究，給出了分布荷載作用下的拓撲優(yōu)化過程。在ANSYS有限元分析軟件基礎(chǔ)上