基于遗传算法的混合离散变量结构优化设计

本文研究了适于解决混合离散变量结构优化设计的遗传算法，给出了混合离散变量的遗传基因表达模式和适值函数建立的简便方法，计算实例表明该算法是有效的。     

离散变量桁架结构拓扑优化设计的混合算法

将相对差商法和混沌优化结合起来,形成求解离散变量桁架结构拓扑优化设计的混合算法。利用相对差商法可以对离散变量快速寻优的特点,及混沌变量的全局遍历性,可以有效地跳出局部最优解,达到拓扑优化全局寻优的目的。通过采用和准最优解的对比及几何稳定性的判断等辅助性技术,降低了重分析次数。同时,高效的重分析方法的结合,提高了求解的效率,也避免了拓扑优化问题中求解的一些困难。算例表明,该算法对于离散变量的拓扑优化设计问题是快速有效的。     

离散变量结构拓扑优化设计综合算法的进一步探讨

本文对离散变量结构拓扑优化设计的综合设计方法作了进一步的研究。通过对离散变量结构拓扑优化设计综合算法的数学模型与传统的拓扑估化模型所作的比较,指出因为综合算法的拓扑优化模型中既所含了截面变量又包含拓扑变量,它反击了结构拓扑优化的本质,从而能有效地避免“奇异拓扑”的问题。由于模型的目标函数和约束函数的单调性,从而可以高效地利用相对差商法进行求解。通过数值实验对综合算法的数值稳定性进行了讨论,为应用于     

动力响应约束下的桁架结构拓扑优化

采用自适应遗传算法求解了以脉冲激励下的动力响应作为约束条件、以结构重量最小化为目标函数的桁架结构拓扑优化问题。其中遗传算子分别采用轮盘赌选择算子以及自适应的交叉和变异算子。定义了一些启发式准则来引导优化过程中杆件和节点的删除，另外引入了刚度矩阵的奇异性判断以防止桁架在杆件删除过程中变为机构。算例表明，用此方法可以得到桁架结构在脉冲激励下的最优拓扑形式，且能在满足动力响应约束要求的前提下极大地减轻结构重量，达到优化的目的。     

基于人工材料的结构拓扑渐进优化设计

首先,提出了一种在结构边界和孔洞周围附加人工材料的思路。在此基础上,结合ESO方法和应力灵敏度,建立了结构有限单元增、删的准则, 给出了一种新的拓扑优化算法。算例表明该方法能采用固定有限元网格中不同的初始优化结构就可获得优化拓扑。由于其概念上的简洁性和应用上的有效性,该方法具有一定的工程应用价值。     

离散变量结构优化设计的拟满应力遗传算法

以力学准则法为基础,提出了一种求解离散变量结构优化设计的拟满应力方法;这种方法能直接求解具有应力约束和几何约束的离散变量结构优化设计问题.通过在遗传算法中定义拟满应力算子,建立了一种离散变量结构优化设计的混合遗传算法拟满应力遗传算法.算例表明;这种混合遗传算法对于离散变量结构优化设计问题具有较高的计算效率.     

桁架结构优化设计的遗传算法

本文提出了桁架结构系统优化设计的新方法遗传算法，它不同于常规优化算法的特点在于，从多个初始点开始寻优，并采用交迭和变异算子避免过早地收敛到局部最优解，可获得全局最优解，且不受初始值影响。     

胶印机滚筒结构的拓扑及尺寸优化设计

胶印机滚筒在印刷压力作用下的挠曲变形是影响印品质量的重要原因。以PZ1740胶印机橡皮滚筒为研究对象,提出了一种基于拓扑优化和尺寸优化的橡皮滚筒结构设计方法。建立了滚筒结构的二维拓扑模型,以应变能最小为目标,体积分数作为约束,得到滚筒结构的拓扑分布;在拓扑构型基础上,建立了滚筒结构的参数化模型,以挠曲变形最小为目标,结构质量作为约束条件进行尺寸优化,得到了滚筒具体的结构。优化分析结果表明,优化后的滚筒结构在质量约束的条件下有效地减小了挠曲变形,提出的方法在胶印机滚筒结构优化设计中可行且有效。     

平面桁架结构拓扑优化设计的改进智能算法

结构拓扑及形状退火算法(STSA)用于桁架结构拓扑优化设计,其优化特点为注重结构构型的改变而较少考虑结构的力学性能,而针对既定几何构型的桁架结构截面优化,满应力准则法(FSD)具有明显优势,因此,将其引入退火历程改进STSA。提出结构几何构型状态相对稳定判别方法,并以结构构型状态相对稳定作为引入FSD的最佳时机形成杂交算法。算例分析表明：该改进智能算法使寻优搜索过程更为稳定,其表现为搜索效率、鲁棒性和最优解均得以改善。     

液压挖掘机斗杆结构的拓扑优化设计

为了提高斗杆的刚度并减小其质量,以BD85W型液压挖掘机的斗杆为例,应用变密度拓扑优化方法,以刚度最大为目标,以体积分数为约束,对斗杆结构进行优化设计,得到了液压挖掘机斗杆的新结构.斗杆的新旧结构对比表明:斗杆新结构体积减小18.22%,刚度增大6.58%,达到了预期的刚度要求.拓扑优化方法有利于提高产品的系列化程度和设计水平,能为挖掘机斗杆的结构分析和优化设计提供参考.     

遗传算法在桁架结构优化设计中的应用

本文提出桁架结构系统优化设计的新方法—遗传算法。它与常规化算法的不同之处在于从多个初始点开始寻优，并采用交迭和变异算子避免过早地收敛到局部最优解，可获得全局最优解，且不受初始值影响。该算法不必求导计算，编程简单、快捷，尤其适用于具有离散变量的结构优化设计问题。     

基于ICM法的传热结构周期性拓扑优化设计

为了获得复合材料稳态导热性优化微结构构型,基于独立连续映射法,建立了周期性结构拓扑优化模型。在优化模型中,以重量最小化为目标、散热弱度为约束。采用一阶泰勒展开近似表达散热弱度约束函数。基于偏微分方程实施的图像过滤方法消除了棋盘格现象和网格依赖性问题。为了满足周期性约束,设计区域划分为若干相同大小的子区域,散热弱度贡献系数被重新分配。对比分析循环周期数、不同约束载荷工况下的拓扑优化构型。数值算例结果验证提出方法可以有效实现热传导下的复合材料微结构优化设计。     

空间桁架结构拓扑优化设计的线性规划方法

本文以杆件内力为设计变量,构造了多工况作用下空间桁架结构拓扑优化的线性规划模型,考虑了应力和位移约束,能够避免奇异最优拓扑和不稳定结构的产生。     

基于并行混沌和复合形法的桁架结构形状优化

针对多工况下受应力、位移和局部稳定性约束的桁架形状优化问题,提出了基于并行混沌优化算法和复合形法的混合优化算法。该算法综合利用了并行混沌的全局搜索能力,复合形法的快速局部搜索能力和混沌细搜索。首先,利用并行混沌优化算法快速搜索到全局最优解附近,然后应用改进复合形法以并行混沌的优化解为初始复形进行搜索,提高了最优解的搜索速度,最后应用混沌细搜索策略提高最优解的精度。两个典型数值算例验证了该混合优化方法对桁架形状优化问题的有效性和稳定性。     

一种混合遗传算法在压电智能结构振动控制全局优化设计中的应用

本文针对采用压电作动器／传感器的智能结构,了振动控制中作动器／传动器的配置以及反馈增益的全局优化设计问题。     

具有多约束连续体结构仿生拓扑优化方法

通过浮动参考区间法分析具有多约束连续体结构拓扑优化问题。浮动区间法是指将结构的拓扑优化过程看作是骨骼重建过程,通过引入参考应变区间,将结构中所有各点处主应变绝对值落入参考应变区间作为重建平衡状态,当结构处于重建平衡状态时获得结构的最优材料分布。为了使得优化结果满足给定的性态约束,参考应变区间在优化迭代过程中须不断变化。讨论了几种常见性态约束对结构性能的要求。给出了结构具有多约束时优化问题的算法。数值算例表明该方法可行。     

钢筋混凝土结构的应力拓扑优化方法研究

基于预测混凝土失效行为的Drucker-Prager(D-P)屈服准则,研究了进行钢筋混凝土结构配筋设计的应力拓扑优化方法。结合扩展的双材料密度惩罚模型,优化问题构造为以单元人工密度为设计变量、混凝土材料Drucker-Prager屈服函数为约束条件的钢筋用量最小化问题。为合理定义混凝土应力并防止应力奇异解现象,采用局部应力插值模型和ε-松弛方法对混凝土应力约束条件进行处理。推导约束函数的伴随法灵敏度计算公式,运用基于梯度的连续性优化算法求解优化问题。数值算例验证了所提优化模型的正确性及数值算法的有效性,并通过与传统最小柔顺性拓扑优化结果的比较,说明了该文方法能够充分利用混凝土的抗压能力和钢筋的抗拉能力,设计结果更为实用。