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基于位移和应力灵敏度的结构拓扑优化设计 被引量:19
1
作者 荣见华 葛森 +2 位作者 邓果 邢晓娟 赵志军 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第4期518-529,共12页
针对仅有应力约束以及含位移和应力约束的重量最小结构拓扑优化问题,基于ICM(独立、连续、映射)方法和渐进结构优化方法的思路,提出了一种结构拓扑优化方法.在优化迭代循环的每一轮子循环迭代求解开始时,通过形成和引进新的位移和应力... 针对仅有应力约束以及含位移和应力约束的重量最小结构拓扑优化问题,基于ICM(独立、连续、映射)方法和渐进结构优化方法的思路,提出了一种结构拓扑优化方法.在优化迭代循环的每一轮子循环迭代求解开始时,通过形成和引进新的位移和应力约束限,自动构建设计变量移动限.将结构应力约束归并为几个最可能的有效应力约束,大大减少了应力灵敏度的分析量.另外,建立了单元删除阈值和几轮迭代循环的单元删除策略.为了确保优化迭代中结构非奇异和方法具有增添单元的功能,在结构孔洞和边界周围引入了一层人工材料单元,构建了其等效的优化模型.结合位移和应力灵敏度分析,形成了一种新的连续体结构的拓扑优化方法.给出的算例验证了该方法的正确性和有效性. 展开更多
关键词 拓扑优化 位移约束 应力约束 连续体结构 ICM方法
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结构可靠性优化中的灵敏度分析 被引量:13
2
作者 陈建军 马洪波 +1 位作者 戴君 崔明涛 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2002年第1期14-17,共4页
文中构建了基于可靠性的工程结构优化设计数学模型 ,并利用二阶矩理论将结构位移和单元应力可靠性约束进行了等价化处理 ,在此基础上导出了位移和应力的可靠性指标函数对设计变量的灵敏度计算表达式。这一表达式简洁规范并具有普遍性 ,... 文中构建了基于可靠性的工程结构优化设计数学模型 ,并利用二阶矩理论将结构位移和单元应力可靠性约束进行了等价化处理 ,在此基础上导出了位移和应力的可靠性指标函数对设计变量的灵敏度计算表达式。这一表达式简洁规范并具有普遍性 ,对于类似以二阶矩形式表出的可靠性指标函数的灵敏度求解均成立。 展开更多
关键词 结构优化 可靠性约束 灵敏度分析 工程结构 单元应力
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具有动应力和动位移约束的离散变量结构拓扑优化设计方法 被引量:9
3
作者 石连栓 孙焕纯 冯恩民 《应用数学和力学》 EI CSCD 北大核心 2001年第7期695-700,共6页
讨论了动应力、动位移约束下离散变量结构拓扑优化设计问题· 首先给出问题的数学模型 ,然后用拟静力算法 ,将结构惯性力极值作为静载荷施加到结构上 ,求得结构的动位移和动内力 ,将考虑动应力约束和动位移约束的离散变量结构拓扑... 讨论了动应力、动位移约束下离散变量结构拓扑优化设计问题· 首先给出问题的数学模型 ,然后用拟静力算法 ,将结构惯性力极值作为静载荷施加到结构上 ,求得结构的动位移和动内力 ,将考虑动应力约束和动位移约束的离散变量结构拓扑设计问题化为静应力和静位移约束的优化问题 ,然后利用两类变量统一考虑的离散变量结构拓扑优化设计的综合算法进行求解· 展开更多
关键词 离散变量 结构优化 拓扑优化 动应力约束 动位移约束 拟静力方法
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基于可靠性的桁架结构拓扑优化设计 被引量:26
4
作者 陈建军 曹一波 段宝岩 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 1998年第3期277-284,共8页
建立了以杆截面为设计变量、结构重量极小化为目标、具有位移、应力等性态可靠性约束的桁架结构拓扑优化设计数学模型.通过引入可靠性安全系数,并利用结构力学的三个基本方程,将结构的位移和杆件应力可靠性约束等价显示化为设计变量... 建立了以杆截面为设计变量、结构重量极小化为目标、具有位移、应力等性态可靠性约束的桁架结构拓扑优化设计数学模型.通过引入可靠性安全系数,并利用结构力学的三个基本方程,将结构的位移和杆件应力可靠性约束等价显示化为设计变量的线性函数,使原基于可靠性的优化模型转化为常规的序列线性规划问题,利用修正的单纯形法求解.算例表明文中提出的方法既简单又有效. 展开更多
关键词 结构可靠性 拓扑优化 桁架结构 数学模型
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连续体结构拓扑优化的高精度逼近ICM方法 被引量:19
5
作者 隋允康 宣东海 尚珍 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第4期716-724,共9页
采用指数类函数为快滤函数的高精度逼近ICM(independent continuous and mapping)方法,建立了以结构重量为目标,应力和位移共同约束下的连续体结构拓扑优化模型.利用结构畸变比能的方法全局化应力约束,单位虚载荷法显式化位移约束,归一... 采用指数类函数为快滤函数的高精度逼近ICM(independent continuous and mapping)方法,建立了以结构重量为目标,应力和位移共同约束下的连续体结构拓扑优化模型.利用结构畸变比能的方法全局化应力约束,单位虚载荷法显式化位移约束,归一化约束以解决约束限数量级不一致的问题.针对不同性态的过滤函数,给出了指数类快滤函数参数的取值方法.单工况和多工况的算例表明了高精度逼近的ICM方法处理多种约束下连续体结构拓扑优化的可行性与有效性. 展开更多
关键词 结构优化 拓扑优化 应力和位移约束 高精度逼近 ICM方法
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多工况多约束下离散变量桁架结构的拓扑优化设计 被引量:37
6
作者 王跃方 孙焕纯 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 1995年第3期365-369,共5页
提出了一个多工况下受应力、位移约束的离散变量桁架结构的拓扑优化方法,给出了结构拓扑形式变更时的约束处理方法及杆件删除策略,使基结构设计空间的维数不断降低,达到最优拓扑,避免了奇异解的出现,在算例中指出了截面离散集和位... 提出了一个多工况下受应力、位移约束的离散变量桁架结构的拓扑优化方法,给出了结构拓扑形式变更时的约束处理方法及杆件删除策略,使基结构设计空间的维数不断降低,达到最优拓扑,避免了奇异解的出现,在算例中指出了截面离散集和位移约束对最优拓扑的影响;算例给出了满意的拓扑优化解。 展开更多
关键词 离散变量 拓扑优化 桁架结构 最优设计
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应力和位移约束下连续结构的有效拓扑优化方法 被引量:5
7
作者 李志强 张运章 宋艳丽 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第1期70-75,147-148,共6页
为了解决在拥有位移与应力多个约束条件下,以减少结构重量为目标函数的拓扑优化中多约束难处理的问题,本文研究了以位移约束、应力约束、应变能约束重量最小化为目标的拓扑优化关系。通过对目标函数与约束函数的解析敏度推导,证明了它... 为了解决在拥有位移与应力多个约束条件下,以减少结构重量为目标函数的拓扑优化中多约束难处理的问题,本文研究了以位移约束、应力约束、应变能约束重量最小化为目标的拓扑优化关系。通过对目标函数与约束函数的解析敏度推导,证明了它们之间的等价性。得到的准则方程表明:在最优结构中,单元质量与该单元应变能之比等于结构总质量与结构总应变能之比。由于迭代准则方程中的各项都可以在ANSYS有限元分析中直接提取,也不必计算乘子,从而减少了优化过程中的函数调用次数,加快了优化速度。两个算例说明了该方法的简单、高效与适用性。 展开更多
关键词 位移约束 应力约束 应变能约束 伪密度 拓扑优化
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多约束作用下连续体结构的拓扑优化 被引量:6
8
作者 边炳传 隋允康 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期781-788,共8页
基于ICM(独立、连续、映射)方法建立了以结构重量最小为目标,以屈曲临界力、位移及应力三种约束同时作用的连续体拓扑优化模型:采用独立的连续拓扑变量,借助泰勒展式、过滤函数将目标函数作二阶近似展开。借助瑞利商、泰勒展式、过滤函... 基于ICM(独立、连续、映射)方法建立了以结构重量最小为目标,以屈曲临界力、位移及应力三种约束同时作用的连续体拓扑优化模型:采用独立的连续拓扑变量,借助泰勒展式、过滤函数将目标函数作二阶近似展开。借助瑞利商、泰勒展式、过滤函数将屈曲约束化为近似显函数,借助于过滤函数,将位移约束用莫尔定理显式化;将应力这种局部性约束采用全局化策略进行处理,即借助第四强度理论、过滤函数将应力局部性约束转化为应变能约束,大大减少了灵敏度分析的计算量;将优化模型转化为对偶规划,减少了设计变量的数目,并利用序列二次规划求解,缩小了模型的求解规模。数值算例表明,ICM方法在解决屈曲、位移及应力三种约束共同作用的连续体拓扑优化问题上有优势。 展开更多
关键词 屈曲约束 位移约束 应力约束 ICM方法 拓扑优化
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不同含石量条件下堆积体抗剪强度特性的大型直剪试验研究 被引量:42
9
作者 杨继红 董金玉 +2 位作者 黄志全 郑珠光 齐丹 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第S2期161-166,共6页
由土石混合介质组成的堆积体边坡在中国有着广泛的分布,尤其是库区巨型、大型松散堆积体边坡的变形及稳定性更是水电工程建设中极为关注的问题。针对该类边坡物质组成和结构的复杂多变性,选择三峡库区典型堆积体边坡进行现场调查和取样... 由土石混合介质组成的堆积体边坡在中国有着广泛的分布,尤其是库区巨型、大型松散堆积体边坡的变形及稳定性更是水电工程建设中极为关注的问题。针对该类边坡物质组成和结构的复杂多变性,选择三峡库区典型堆积体边坡进行现场调查和取样,通过室内大型直剪试验,系统地研究了含石量对堆积体剪应力-位移曲线和抗剪强度的影响规律。含石量对土石混合介质堆积体的强度和变形特性具有控制作用,随着含石量的变化,堆积体剪应力-位移关系曲线可拟合为指数模型、双曲线模型和应变软化介质模型3种形式;随着含石量的增加,堆积体抗剪强度逐渐增大;黏聚力随含石量的增加呈现出先增大后减小的趋势,即存在一个临界含石量约为60%,黏聚力-含石量变化曲线为二次多项式形式;内摩擦角与含石量关系呈现一直增大趋势,其变化曲线近似为指数形式。 展开更多
关键词 土石混合介质堆积体 含石量 室内大型直剪试验 剪应力-位移关系曲线 抗剪强度
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土压力-位移关系的应力路径试验研究 被引量:5
10
作者 殷德顺 王保田 李向凤 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第10期2769-2774,共6页
提出了一种通过应力路径试验研究土压力-位移关系的方法。通过室内应力路径试验得到了土压力-应变关系,结合由理论分析得到的位移-应变关系,最终得到土压力-位移关系。与某实例的有限元模拟结果对比,证明该方法是有效的。
关键词 土压力位移关系 应力路径 有限元法 水平位移 水平应变
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具有动应力、位移和稳定性约束的离散变量桁架结构布局优化设计算法 被引量:4
11
作者 石连栓 王跃方 孙焕纯 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2006年第5期527-532,共6页
给出了在动应力、动位移和动稳定约束下离散变量结构布局优化设计问题的数学模型,用“拟静力”算法,将具有动应力约束、动位移约束和动稳定约束的离散变量结构布局优化设计问题化为静应力、静位移和静稳定约束的优化问题,然后利用两级... 给出了在动应力、动位移和动稳定约束下离散变量结构布局优化设计问题的数学模型,用“拟静力”算法,将具有动应力约束、动位移约束和动稳定约束的离散变量结构布局优化设计问题化为静应力、静位移和静稳定约束的优化问题,然后利用两级优化算法求解该模型.优化过程由两级组成,拓扑级优化和形状级优化.在每一级,都使用了综合算法,并且在搜索过程中都根据两类设计变量的相对差商值进行搜索.对包含稳定约束和不包含稳定约束的优化结果做了比较,结果显示稳定性约束对优化结果产生较大的影响. 展开更多
关键词 离散变量 结构优化 布局优化 动应力/动位移约束 动稳定约束 相对差商
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埋地UPVC供水管线接口受力全曲线关系 被引量:2
12
作者 周静海 汤伟 杨永生 《沈阳建筑大学学报(自然科学版)》 EI CAS 2008年第1期31-34,共4页
目的研究对UPVC供水管线接口试验及在不同管径、有水、无水情况下的接口力与接口位移关系,解决不同情况下的接口力与位移关系问题.方法通过对试验数据的分析,采用数学的最小二乘的方法拟和出力和位移的关系式.结果对不同情况下的接口力... 目的研究对UPVC供水管线接口试验及在不同管径、有水、无水情况下的接口力与接口位移关系,解决不同情况下的接口力与位移关系问题.方法通过对试验数据的分析,采用数学的最小二乘的方法拟和出力和位移的关系式.结果对不同情况下的接口力与接口位移进行拟合误差分析,误差基本能控制在±10%范围内,从而可看出拟合公式与试验数据基本相符.结论对UPVC供水管线不同管径、有水、无水情况下接口力与接口位移拟合的二次多项式能满足实际要求. 展开更多
关键词 UPVC管线 力和位移关系 公式拟和 受力曲线
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塑性粘土蠕变性的尖点突变模式分析 被引量:1
13
作者 王琛 刘浩吾 彭越 《水利水电技术》 CSCD 北大核心 2003年第4期11-13,共3页
应用突变理论的尖点突变模型分析塑性粘土的蠕变性能,建立了简单的位移~剪应力~时间(λ~τ~t)关系.该尖点突变模型能够较好地描述材料的衰减和非衰减蠕变性能,且能够描述后者中的急剧破坏阶段.实例证明,该模型与试验结果吻合较好.
关键词 塑性粘土 蠕变性 尖点突变模式 非衰减蠕变 线性流变模型
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Ⅰ型裂纹试件裂端三维应力结构分析之一——裂端约束参数与断裂参数分析 被引量:2
14
作者 岳珠峰 郑长卿 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 1993年第7期625-633,共9页
本文利用大型通用结构有限元分析程序ADINA对16Mn材料制的两种不同厚度的Ⅰ型CT试样进行了计算与分析,结果表明,厚度方向的约束状态将试样分成两部分:具有相同约束状态的心部高约束区(Z_1)和约束显著变化的外边缘区(Z_2);有限元计算和... 本文利用大型通用结构有限元分析程序ADINA对16Mn材料制的两种不同厚度的Ⅰ型CT试样进行了计算与分析,结果表明,厚度方向的约束状态将试样分成两部分:具有相同约束状态的心部高约束区(Z_1)和约束显著变化的外边缘区(Z_2);有限元计算和实验测定结果证实了这两部分分别与试样断口上的纤维区及剪切唇相对应.所以,Ⅰ型裂纹试件裂端应力、应变场可分别通过这两个区域加以分析获得.本文对一些断裂参数如裂纹尖端张开位移(CTOD)和空穴扩张比(V_g)参数也进行了考察,结果表明这两个参数在厚度方向有相类似的变化规律,在一定程度上都可反映试样的厚度效应及外载荷水平效应. 展开更多
关键词 裂纹试件 裂纹尖端 应力结构
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静定桁架结构截面最优化设计的功定向配置法
15
作者 欧笛声 周雄新 梁志达 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2011年第5期673-678,共6页
以Kuhn-Tucker函数的极值条件为出发点,证明多节点位移与多杆内应力约束下结构重量最轻化问题可转化为单约束问题来求解,可将位移—重量分配准则和应力—重量分配准则转化为功定向分配准则。利用功能互等定理,将位移与应力约束统一为功... 以Kuhn-Tucker函数的极值条件为出发点,证明多节点位移与多杆内应力约束下结构重量最轻化问题可转化为单约束问题来求解,可将位移—重量分配准则和应力—重量分配准则转化为功定向分配准则。利用功能互等定理,将位移与应力约束统一为功的定向约束,以此为基础构造出功定向配置法,以各承受节点载荷的节点位移作为约束控制点,组成具有正定性质的位移约束;或用位移约束与应力约束的组合,构成具有正定性质的位移与应力约束;结合位移极射法和满应力法获取最优解。并用二杆和六杆静定桁架结构的算例验证相关理论和算法。 展开更多
关键词 静定桁架结构 截面最优化 多约束向单约束的转化 位移与应力约束的关系 功定向配置法
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混凝土拱坝坝肩抗滑稳定三维非线性有限元分析 被引量:4
16
作者 袁志刚 马连军 种秀灵 《人民长江》 北大核心 2010年第2期9-12,27,共5页
拱坝坝肩的稳定是保障拱坝安全的关键因素之一。目前,拱坝坝肩稳定分析多采用刚体极限平衡法,该法不能考虑岩体的弹塑性变形,也不能模拟岩体构造的复杂性,所以就不能很好地反映坝肩岩体的破坏机理以及坝体与基岩的整体作用效果。从材料... 拱坝坝肩的稳定是保障拱坝安全的关键因素之一。目前,拱坝坝肩稳定分析多采用刚体极限平衡法,该法不能考虑岩体的弹塑性变形,也不能模拟岩体构造的复杂性,所以就不能很好地反映坝肩岩体的破坏机理以及坝体与基岩的整体作用效果。从材料的弹塑性理论出发,应用三维非线性有限元法对坝体和坝肩岩体抗滑稳定进行分析。通过对具体工程模型的计算分析,分别以荷载突变和材料强度逐渐降低两种方式对坝肩岩体抗滑安全稳定给予评价。工程分析成果表明:非线性有限元法是进行拱坝及坝肩稳定分析的一种有效方法,能充分反映大坝与坝基岩体的共同作用效应。 展开更多
关键词 三维非线性有限元 拱坝坝肩岩体 应力和位移 抗滑稳定安全系数 本构关系
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考虑全局应力约束的大变形柔顺机构拓扑构型设计 被引量:5
17
作者 占金青 彭怡平 +1 位作者 罗震 刘敏 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期408-415,共8页
为了避免大变形引起静强度失效,提出一种考虑全局应力约束的大变形柔顺机构拓扑优化设计方法。采用Total Lagrangian描述方法和增量式Newton Raphson法求解机构的大变形响应问题;采用基于假设密度场的单元势能插值法,从而避免几何非线... 为了避免大变形引起静强度失效,提出一种考虑全局应力约束的大变形柔顺机构拓扑优化设计方法。采用Total Lagrangian描述方法和增量式Newton Raphson法求解机构的大变形响应问题;采用基于假设密度场的单元势能插值法,从而避免几何非线性拓扑优化出现的数值不收敛问题;以输出位移最大化作为优化目标,采用改进的P范数将机构所有单元局部应力约束转换为一个全局应力约束,构建考虑全局应力约束的柔顺机构几何非线性拓扑优化模型,采用移动渐近线算法求解优化问题。数值算例结果表明,采用本文方法获得的大变形柔顺机构能够有效满足应力约束。随着允许应力约束值的减小,机构构型中的铰链区域逐渐扩大,使机构的柔度分布更加均匀,但是输出位移逐渐减小。 展开更多
关键词 柔顺机构 大变形 全局应力约束 拓扑优化 势能插值法
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一个飞机结构优化设计软件
18
作者 陈木兰 刘序 +2 位作者 乔新 潘光熙 张延琪 《南京航空学院学报》 CSCD 1993年第2期228-234,共7页
本文根据有限元分析基础,研究薄壁结构在应力、位移、最小尺寸约束下结构最轻重量的优化设计问题。用Kuhn-Tucker(库恩-塔克)必要条件将多个位移约束简化为单一位移约束(称为最临界位移约束),建立位移约束下的优化设计准则.从而避免大... 本文根据有限元分析基础,研究薄壁结构在应力、位移、最小尺寸约束下结构最轻重量的优化设计问题。用Kuhn-Tucker(库恩-塔克)必要条件将多个位移约束简化为单一位移约束(称为最临界位移约束),建立位移约束下的优化设计准则.从而避免大批拉格朗日乘子的计算,并结合满应力优化设计准则,形成了在有效约束界面逐步逼近最优设计点的方法——包络法。用某型飞机后机身一段优化设计作为本文的实际应用,得到令人满意的结果。 展开更多
关键词 有限元 位移 飞机 结构设计
全文增补中
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