基于离散变量的多材料结构拓扑优化设计

1

作者 刘宏亮 王成 梁缘 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期611-617,共7页

多材料结构拓扑优化相比于单材料结构优化具有更大的设计空间,展现出巨大的设计潜力和应用前景。本文基于离散设计变量研究多材料结构拓扑优化,通过建立有效的设计优化方法,获得轻质高效的结构设计。首先,根据离散变量的特点,建立多材... 多材料结构拓扑优化相比于单材料结构优化具有更大的设计空间,展现出巨大的设计潜力和应用前景。本文基于离散设计变量研究多材料结构拓扑优化,通过建立有效的设计优化方法,获得轻质高效的结构设计。首先,根据离散变量的特点,建立多材料结构拓扑优化模型,由离散变量下约束函数和目标函数的灵敏度信息构造序列近似整数规划子问题,采用运动极限策略限制设计变量的改变量以保证整数规划子问题的近似精度。为了解决离散变量的组合复杂性,采用具有多项式复杂度的正则松弛算法来高效求解(和经典的连续变量算法效率相当)。本文利用多材料结构最小柔顺性优化问题以及最大传热效率优化问题研究离散变量方法的有效性。数值算例表明,离散变量优化方法可以获得稳定迭代收敛的多材料拓扑设计,优化构型中的材料界面清晰分明,有效避免了出现模糊区域。 展开更多

关键词 拓扑优化 离散设计变量 整数规划 多材料结构

在线阅读 下载PDF 职称材料

包含两类变量的离散变量桁架结构拓扑优化设计 被引量：29

2

作者 柴山 石连栓 孙焕纯 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 1999年第5期574-584,共11页

建立了包含截面和拓扑两类变量的离散变量结构拓扑优化设计的数学模型，该模型考虑了截面变量与拓扑变量间的耦合关系，反映了拓扑优化问题的组合优化本质，可以较好地解决"极限应力"、"最优解的奇异性"等困扰结构... 建立了包含截面和拓扑两类变量的离散变量结构拓扑优化设计的数学模型，该模型考虑了截面变量与拓扑变量间的耦合关系，反映了拓扑优化问题的组合优化本质，可以较好地解决"极限应力"、"最优解的奇异性"等困扰结构拓外优化设计的问题．同时采用相对差商法进行离散变量桁架结构拓扑优化，直接求解包含两类变量的离散变量结构拓扑优化设计数学模型，收到了比较满意的效果． 展开更多

关键词 离散变量 拓扑 结构优化设计 组合优化 桁架

在线阅读 下载PDF 职称材料

改进遗传算法在建筑结构优化设计中的应用 被引量：20

3

作者 张延年 刘斌 +1 位作者 董锦坤 郭鹏飞 《东北大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第7期692-694,共3页

针对标准遗传算法在迭代过程中经常出现未成熟收敛、发生振荡、随机性太大等缺点,提出一种新的遗传算子转基因算子,用于对标准遗传算法的改进·这种转基因算子有效地利用了计算适应度的信息,很好地保护了最优个体,并能提高群体中个... 针对标准遗传算法在迭代过程中经常出现未成熟收敛、发生振荡、随机性太大等缺点,提出一种新的遗传算子转基因算子,用于对标准遗传算法的改进·这种转基因算子有效地利用了计算适应度的信息,很好地保护了最优个体,并能提高群体中个体的适应度·包含转基因算子的改进遗传算法能直接计算具有应力约束和截面尺寸约束的离散变量结构优化设计问题,也能处理同时具有稳定约束和位移约束的多工况、多约束、多变量的离散变量结构优化设计问题·算例结果表明,改进遗传算法的收敛特性和优化设计结果远好于标准遗传算法,是一种理想的建筑结构优化设计方法· 展开更多

关键词 全局最优 离散变量 结构优化 遗传算法 改进遗传算法 转基因算子

在线阅读 下载PDF 职称材料

混合离散变量优化设计的复合遗传算法 被引量：22

4

作者 郭惠昕 张龙庭 《机械设计》 CSCD 北大核心 2005年第3期9-11,共3页

目前,对混合离散变量的遗传算法研究较少,而且现有算法对设计变量的处理不能很好地满足工程设计要求。为此,提出了一种面向设计、制造的设计变量工程化处理方法,能合理地处理优化设计中混合离散变量的取值问题。引入了混沌移民算子对基... 目前,对混合离散变量的遗传算法研究较少,而且现有算法对设计变量的处理不能很好地满足工程设计要求。为此,提出了一种面向设计、制造的设计变量工程化处理方法,能合理地处理优化设计中混合离散变量的取值问题。引入了混沌移民算子对基本遗传算法进行了改进,并开发了混合离散变量优化的复合遗传算法程序 LSGA。工程设计实例表明,该算法对优化设计问题的特性无特殊要求,具有较好的普适性,而且程序运行可靠,全局收敛能力强。 展开更多

关键词 混合离散变量 遗传算法 混沌移民 程序设计 优化设计

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于性能的隔震结构动力优化设计 被引量：5

5

作者 李刚 杨迪雄 程耿东 《大连理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第2期160-165,共6页

结合优化问题的特点,应用稳健的优化算法以合理的计算代价求解了非线性隔震结构含瞬态约束的混合变量动力优化设计问题.首先根据投资-效益准则建立了基础隔震结构一体化优化设计模型,其中目标函数是结构寿命周期内的总费用,包括结构初... 结合优化问题的特点,应用稳健的优化算法以合理的计算代价求解了非线性隔震结构含瞬态约束的混合变量动力优化设计问题.首先根据投资-效益准则建立了基础隔震结构一体化优化设计模型,其中目标函数是结构寿命周期内的总费用,包括结构初始造价和损失期望,约束条件包括隔震层水平位移、上部结构层间变形等,优化模型同时对上部结构截面尺寸和隔震器参数进行优化.充分利用铅芯橡胶支座隔震结构的局部非线性性质,使非线性隔震结构的时程分析计算效率接近线性动力分析.然后应用含潜在约束策略的序列二次规划算法,并结合选择性动态圆整法进行具有连续、离散混合变量的隔震结构的非线性动力优化设计.算例表明了优化模型和算法的正确性和有效性. 展开更多

关键词 基础隔震结构 基于性能的一体化设计 非线性动力优化设计 混合变量

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于改进萤火虫算法的压力容器离散变量优化设计 被引量：5

6

作者 陈定樑 卓宏明 陈倩清 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2017年第3期598-602,共5页

针对压力容器优化设计问题,建立以压力容器壳体质量最小为优化目标,内径和壁厚为离散设计变量的优化数学模型。提出一种改进的萤火虫算法,该算法通过采用自适应步长策略、跳出局部最优策略及空间域约束策略,改善算法的全局寻优能力和收... 针对压力容器优化设计问题,建立以压力容器壳体质量最小为优化目标,内径和壁厚为离散设计变量的优化数学模型。提出一种改进的萤火虫算法,该算法通过采用自适应步长策略、跳出局部最优策略及空间域约束策略,改善算法的全局寻优能力和收敛性能。仿真结果表明所提出的改进萤火虫算法比基本萤火虫算法可以更快的收敛得到最优解,可有效解决压力容器优化设计问题。 展开更多

关键词 改进萤火虫算法 压力容器 离散变量 优化设计

在线阅读 下载PDF 职称材料

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

7

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

在线阅读 下载PDF 职称材料

反射面型天线结构多工况离散变量优化设计 被引量：3

8

作者 李孝全 王莉 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第2期56-60,78,共6页

根据反射面型天线结构受载和工作状态的复杂性 ,以及总有一些变量只能按离散变量处理 ,建立了符合工程结构的反射面型天线结构多工况离散变量优化设计数学模型 ,编制了一套具有一定通用性及工程实用价值的优化设计软件 ,并用其对八米反... 根据反射面型天线结构受载和工作状态的复杂性 ,以及总有一些变量只能按离散变量处理 ,建立了符合工程结构的反射面型天线结构多工况离散变量优化设计数学模型 ,编制了一套具有一定通用性及工程实用价值的优化设计软件 ,并用其对八米反射面型天线进行了优化计算 。 展开更多

关键词 反射面型天线 多工况 混合离散变量 结构优化设计

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于最大熵的离散变量框架结构两相优化设计 被引量：1

9

作者 滕海文 霍达 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2002年第3期297-300,共4页

根据两相优化设计的思路和离散变量的特点,应用最大熵准则,通过引入附加约束条件,交替进行子相和结构相优化,将离散变量框架优化设计问题等价地化为连续变量框架优化设计问题求解.在考虑应力约束、位移约束和尺寸约束等多个约束及多个... 根据两相优化设计的思路和离散变量的特点,应用最大熵准则,通过引入附加约束条件,交替进行子相和结构相优化,将离散变量框架优化设计问题等价地化为连续变量框架优化设计问题求解.在考虑应力约束、位移约束和尺寸约束等多个约束及多个工况的条件下,成功地对离散变量框架进行了优化设计 算例结果表明:这种方法的迭代公式简单,收敛速度快;此法可以有效地应用于工程实际,尤其是多约束、多工况的大型工程结构优化问题. 展开更多

关键词 框架结构 最大熵 离散变量 优化设计 结构设计 数学模型

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于标准化和系列化的摆动活齿传动多目标离散变量优化设计 被引量：2

10

作者 陈连 王元文 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2014年第3期402-407,共6页

介绍一种用离散变量模拟退火算法对摆动活齿传动进行尺度优化综合的新方法。方法以固齿中心轮齿根圆柱的体积、活齿齿面的滑动率和中心轮齿面的滑动率在整个工作范围内各点数值的平方和最小为目标,将活齿柱销分布圆半径、偏心圆激波器... 介绍一种用离散变量模拟退火算法对摆动活齿传动进行尺度优化综合的新方法。方法以固齿中心轮齿根圆柱的体积、活齿齿面的滑动率和中心轮齿面的滑动率在整个工作范围内各点数值的平方和最小为目标,将活齿柱销分布圆半径、偏心圆激波器或摆动活齿偏心轮的偏心距、活齿偏心轮外半径、活齿偏心轮工作宽度和活齿圆柱销半径作为只能取标准值或系列值的离散变量,设计了状态更新函数,并用模拟退火算法寻求全局最优解。利用介绍的方法及相应的计算机程序,可以方便快捷地获得既符合国家和机械工业标准,又可以满足预定技术要求的一组尺度参数,无需任何后续处理即可直接用于工程实际。用该方法设计的摆动活齿传动具有结构紧凑、滑动率低和在整个工作范围内变化不大等显著特点。 展开更多

关键词 摆动活齿传动 多目标 滑动率 离散变量SA算法 优化设计

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于SA算法的压力容器离散变量优化设计研究 被引量：9

11

作者 陈连 《压力容器》 北大核心 2007年第2期15-18,26,共5页

考虑制造工艺要求,将所有设计变量均视为离散变量(包括一般离散变量和伪离散变量),并就这两种情况下状态产生函数的设计原理进行深入研究,解决了将模拟退火算法用于离散变量函数优化的关键技术问题,介绍了一种基于模拟退火算法的离散变... 考虑制造工艺要求,将所有设计变量均视为离散变量(包括一般离散变量和伪离散变量),并就这两种情况下状态产生函数的设计原理进行深入研究,解决了将模拟退火算法用于离散变量函数优化的关键技术问题,介绍了一种基于模拟退火算法的离散变量函数优化的新方法。建立了以壳体质量最轻为设计目标、以内径(公称直径)和名义壁厚为设计变量的优化设计的数学模型。该模型具有较多的局部极值点,用以数学规划理论为基础的经典约束优化方法求解效果较差,用基于模拟退火算法的离散变量优化设计方法可以取得良好的效果。 展开更多

关键词 压力容器 模拟退火算法 离散变量 优化设计

在线阅读 下载PDF 职称材料

两级行星齿轮传动的离散变量优化设计 被引量：4

12

作者 陈连 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第11期138-141,163,共5页

行星齿轮传动中各齿轮的齿数受传动比条件、同轴条件和装配条件的限制而不能任意取值,齿轮的模数也受国家标准的制约只能取一些离散值,用以数学规划理论为基础的经典约束优化方法求解效果很差,用基于模拟退火算法的离散变量优化设计方... 行星齿轮传动中各齿轮的齿数受传动比条件、同轴条件和装配条件的限制而不能任意取值,齿轮的模数也受国家标准的制约只能取一些离散值,用以数学规划理论为基础的经典约束优化方法求解效果很差,用基于模拟退火算法的离散变量优化设计方法则可以方便快捷地获得满足各方面要求的最优设计方案。提出了一种基于模拟退火算法的离散变量智能优化设计方法,建立了两级2Z-X行星齿轮传动优化设计的数学模型,给出了具体算例。与约束随机方向法对比表明,该方法可以方便快捷地获得全局最优解,而且无需任何后续处理即可以直接用于工程实际。 展开更多

关键词 行星齿轮传动 离散变量 优化设计 模拟退火算法

在线阅读 下载PDF 职称材料

直线齿廓蛇形弹簧联轴器的优化设计 被引量：2

13

作者 郭卫 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 1998年第1期41-44,共4页

建立了直线齿廓蛇形弹簧联轴器优化设计的数学模型，编制了这种联轴器的离散变量优化设计的计算机程序，提供了优化设计实例，对改善弹性联轴器的减振性能效果十分显著，具有实用价值和推广价值。

关键词 联轴器 蛇形簧联轴器 优化设计 离散变量

在线阅读 下载PDF 职称材料

离散粒子群算法的波纹管优化设计研究

14

作者 于颖 李永生 於孝春 《化学工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第4期75-78,共4页

为了解决波纹管所涉及的非线性约束离散变量的优化设计问题,文中尝试将粒子群算法与惩罚函数法相结合,建立新型离散粒子群算法,实现离散变量与连续变量之间的转化。提出了一种新的离散惩罚因子更新策略,以保证离散解的精度及算法的收敛... 为了解决波纹管所涉及的非线性约束离散变量的优化设计问题,文中尝试将粒子群算法与惩罚函数法相结合,建立新型离散粒子群算法,实现离散变量与连续变量之间的转化。提出了一种新的离散惩罚因子更新策略,以保证离散解的精度及算法的收敛性。通过著名的容器设计算例验证,文中方法优于文献方法。用该方法对波纹管工程实例进行优化设计,优化目标值比在用产品提高了79.96%,且与理论值接近,离散解的精度满足要求,进一步证明了该方法在求解波纹管工程非线性约束离散变量优化设计问题时的有效性。 展开更多

关键词 波纹管优化设计 离散设计变量 非线性约束 粒子群算法 惩罚函数 全局最优解

在线阅读 下载PDF 职称材料

弧焊变压器的优化设计

15

作者 陈建忠 史耀武 赵海燕 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 1999年第2期11-15,46,共6页

对动铁分磁式弧焊变压器进行了优化设计。寿命经济变压器的数学模型同时考虑了变压器的成本和效率，在整个寿命周期内消耗的社会财富最少。采用了混合罚函数法、混合离散变量法和改进正交优化法进行优化计算，结果表明，寿命经济变压器... 对动铁分磁式弧焊变压器进行了优化设计。寿命经济变压器的数学模型同时考虑了变压器的成本和效率，在整个寿命周期内消耗的社会财富最少。采用了混合罚函数法、混合离散变量法和改进正交优化法进行优化计算，结果表明，寿命经济变压器的功率因数十分重要；设计工作中应遵循一些原则。讨论了三种优化方法的优缺点。最后展望了弧焊变压器优化设计的前景。 展开更多

关键词 焊接变压器 优化设计 正交优化法 弧焊变压器

在线阅读 下载PDF 职称材料

应用非线性离散变量规划进行桩基础的结构设计

16

作者 吴兴序 《中国铁路》 1995年第5期14-18,共5页

将非线性离散变量规划应用于桩基础的结构优化设计并根据其特点提出了下降搜索算法和邻域查点技术相结合的组合优化方法。在邻域查点时,根据搜索的终点已位于边界附近的实际情况对待查点进行了筛选,并采用了适当的计算策略,减少了计算... 将非线性离散变量规划应用于桩基础的结构优化设计并根据其特点提出了下降搜索算法和邻域查点技术相结合的组合优化方法。在邻域查点时,根据搜索的终点已位于边界附近的实际情况对待查点进行了筛选,并采用了适当的计算策略,减少了计算工作量,提高了获得全域最优解的可能性。 展开更多

关键词 桩基础 结构设计 非线性 离散变量规划 桥

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于SA算法的行星齿轮减速器离散变量优化设计 被引量：2

17

作者 陈浩歌 徐翠 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2007年第6期440-442,448,共4页

考虑制造工艺要求,将所有设计变量均视为离散变量,包括一般离散变量和伪离散变量,并就这两种情况下状态产生函数的设计原理进行深入研究,解决了将模拟退火算法用于离散变量函数优化的关键技术问题,介绍了一种基于模拟退火算法的离散变... 考虑制造工艺要求,将所有设计变量均视为离散变量,包括一般离散变量和伪离散变量,并就这两种情况下状态产生函数的设计原理进行深入研究,解决了将模拟退火算法用于离散变量函数优化的关键技术问题,介绍了一种基于模拟退火算法的离散变量函数优化的新方法.行星齿轮传动中各齿轮的齿数受传动比条件、同轴条件和装配条件的限制而不能任意取值,齿轮的模数也要受国家标准的制约只能取一些离散值,用以数学规划理论为基础的经典约束优化方法求解效果很差,用基于模拟退火算法的离散变量优化设计方法则可以方便快捷地获得满足各方面要求的最优设计方案. 展开更多

关键词 行星齿轮减速器 模拟退火算法 离散变量 优化设计

在线阅读 下载PDF 职称材料

大跨斜拉桥造价最优结构设计 被引量：1

18

作者 徐永明 石洞 《同济大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 1996年第3期263-268,共6页

在对斜拉桥结构参数设计特性分析的基础上，提出了一种以结构造价为目标函数，综合考虑截面尺寸、造型、施工中索力调整等多参数、多工况的斜拉桥优化设计的非线性规划问题；运用文中所提的ＦＥＧＰ大型结构优化算法，寻找其最优解．在... 在对斜拉桥结构参数设计特性分析的基础上，提出了一种以结构造价为目标函数，综合考虑截面尺寸、造型、施工中索力调整等多参数、多工况的斜拉桥优化设计的非线性规划问题；运用文中所提的ＦＥＧＰ大型结构优化算法，寻找其最优解．在此基础上结合ＣＡＤ技术，开发斜拉桥结构优化设计计算机辅助设计系统．文中给出了上海杨浦大桥优化设计实例． 展开更多

关键词 斜拉桥 结构设计 优化设计

在线阅读 下载PDF 职称材料

面向超材料微结构的离散变量拓扑优化设计

19

作者 刘宏亮 蒋亦煌 +2 位作者 梁缘 王培金 郝鹏 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期344-351,共8页

由周期性微结构组成的材料结构因其独特性质在飞行器结构设计中展现出良好的应用潜力。为了避免超材料微结构拓扑优化过程引入的中间密度所导致的灰度模糊设计结果,基于一种离散变量的拓扑优化方法,利用序列近似整数规划和正则松弛算法... 由周期性微结构组成的材料结构因其独特性质在飞行器结构设计中展现出良好的应用潜力。为了避免超材料微结构拓扑优化过程引入的中间密度所导致的灰度模糊设计结果,基于一种离散变量的拓扑优化方法,利用序列近似整数规划和正则松弛算法实现材料体积约束下的微结构拓扑优化设计。利用离散变量的特点首先给出了两种微结构的几何形状初始猜测,并根据这两种初始设计的构型分别进行了体积模量最大化和剪切模量最大化问题的求解。结果表明,微结构拓扑优化设计构型受初始设计和材料体积约束的影响较大,考虑不同的性能目标所获得的优化设计构型差异明显。数值算例展现了文中基于离散变量实现超材料微结构拓扑优化设计的可行性和有效性,避免了中间密度引起的灰度模糊问题,清晰的微结构拓扑构型提高了结构的可制造性。 展开更多

关键词 微结构设计 拓扑优化 离散变量 整数规划

在线阅读 下载PDF 职称材料

单级式缓降器优化设计 被引量：4

20

作者 毛正祥 《重庆建筑工程学院学报》 CSCD 1991年第1期72-80,共9页

缓降器是一种用于高层建筑的新型救生装置.本文根据单级式缓降器的工作原理及结构特点,提出了这类型缓降器优化设计的数学模型,并应用离散优化设计方法作了实例计算.最后,就设计中有关问题作了简要说明.

关键词 缓降器 单级式 优化设计 救生装置

在线阅读 下载PDF 职称材料