基于进化步长控制的渐进结构优化方法研究及应用

发布时间：2017-09-18 11:14

  本文关键词：基于进化步长控制的渐进结构优化方法研究及应用

  更多相关文章： 渐进结构优化方法 灵敏度误差 单元密度进化步长 权重系数 奇异单元

【摘要】：渐进结构优化方法(ESO方法)是结构拓扑优化的重要方法之一。ESO方法基本思想简单,优化过程中不产生中间密度,拓扑构形清晰,易于工程应用,但易于陷入局部最优。因此,为了提高ESO方法的全局寻优能力,本文针对单元密度的进化步长进行研究,确定了单元密度进化步长的控制函数,引入双向渐进结构优化方法、灵敏度再分配技术和奇异单元判断准则,提出了改进ESO方法,并进行了改进ESO方法的应用研究。主要研究工作包括以下几个方面:1.单元密度进化步长控制模型的确定。按照单元密度对结构性能的影响将单元分为主要单元、次要单元和一般单元,并给出了单元权重系数的计算方法。根据单元密度对结构性能的影响规律,分析单元密度进化步长的控制要求,并按照控制要求建立几种控制模型,以控制单元的删除速率。通过两个算例,对几种控制模型的结构优化结果进行分析比较,确定了一种综合性能较好的单元密度进化步长控制模型。2.提出了基于进化步长控制的渐进结构优化方法。针对ESO方法可能会由于误删单元导致优化失败的问题,引入双向渐进结构优化方法,通过添加单元避免在优化过程中误删单元。采用灵敏度再分配技术抑制棋盘格式以获得更平滑的优化构形。针对在结构优化中某些单元被删除后会导致结构柔顺度突变的问题,在优化前期引入奇异单元判断准则恢复误删单元,以提高ESO方法的全局寻优能力。最后,通过算例验证了所提出方法的有效性。3.基于进化步长控制的渐进结构优化原型系统的实现。基于Matlab平台开发了基于进化步长控制的渐进结构优化原型系统,并利用该原型系统对轴承支座和某公司公交车的钢板弹簧吊耳支座进行了优化设计,验证本文方法的工程实用性。
【关键词】：渐进结构优化方法 灵敏度误差 单元密度进化步长 权重系数 奇异单元
【学位授予单位】：桂林电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH122
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.2 结构优化设计方法介绍9-11
• 1.2.1 结构优化分类9-10
• 1.2.2 拓扑优化的研究方法10-11
• 1.3 拓扑优化中的数值不稳定问题11
• 1.4 渐进结构优化方法的国内外研究现状11-13
• 1.5 论文的研究内容13
• 1.6 本章小结13-14
• 第二章 渐进结构优化方法的理论基础以及方法实现14-21
• 2.1 引言14
• 2.2 渐进结构优化方法的理论基础14-18
• 2.2.1 渐进结构优化方法的公式化描述14-16
• 2.2.2 优化准则16-18
• 2.3 渐进结构优化方法和双向渐进结构优化方法的实现18-20
• 2.3.1 基于应力约束的渐进结构优化方法的实现18-19
• 2.3.2 基于刚度约束的双向渐进结构优化方法的实现19-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第三章 基于进化步长控制的渐进结构优化方法21-52
• 3.1 引言21
• 3.2 渐进结构优化方法的失效机理21-26
• 3.2.1 整体刚度最大化设计的灵敏度分析21-22
• 3.2.2 渐进结构优化方法的失效机理分析22-26
• 3.3 渐进结构优化方法单元密度进化步长的控制模型26-36
• 3.3.1 单元密度进化步长对渐进结构优化方法的影响26
• 3.3.2 渐进结构优化方法单元密度进化步长的控制模型分析26-29
• 3.3.3 渐进结构优化方法单元密度进化步长的控制模型确定29-36
• 3.4 基于单元密度进化步长控制的双向渐进结构优化方法36-45
• 3.4.1 棋盘格式的抑制36-37
• 3.4.2 基于单元密度进化步长控制的双向渐进结构优化方法分析与实现37-38
• 3.4.3 删除周期迭代步数的研究38-40
• 3.4.4 算例分析与讨论40-45
• 3.5 奇异单元的分析45
• 3.6 基于奇异单元和单元密度进化步长控制的双向渐进结构优化方法45-51
• 3.6.1 基于奇异单元和单元密度进化步长控制的BESO方法分析与实现46-48
• 3.6.2 算例分析与讨论48-51
• 3.7 本章小结51-52
• 第四章 基于进化步长控制的渐进结构优化方法原型系统开发及应用52-61
• 4.1 引言52
• 4.2 基于进化步长控制的渐进结构优化方法原型系统简介52-54
• 4.2.1 基于进化步长控制的渐进结构优化方法原型系统的函数简介52-53
• 4.2.2 基于进化步长控制的渐进结构优化方法原型系统的功能简介53-54
• 4.3 基于进化步长控制的渐进结构优化方法原型系统的应用实例54-60
• 4.3.1 轴承支座结构的分析54-57
• 4.3.2 钢板弹簧吊耳支座的分析57-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第五章 总结与展望61-63
• 5.1 全文总结61
• 5.2 未来展望61-63
• 参考文献63-67
• 致谢67-68
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目及科研成果68

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本文编号：875180