發(fā)布時(shí)間：2020-09-12 12:40

　　 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,工程設(shè)計(jì)人員期望以最少的材料、最低的成本和最簡單的工藝實(shí)現(xiàn)性能最佳的結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化作為一種在給定負(fù)載、約束條件及性能指標(biāo)下對初始區(qū)域內(nèi)材料分布進(jìn)行優(yōu)化的數(shù)學(xué)方法,受到了設(shè)計(jì)人員的廣泛關(guān)注。漸進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法以其概念清晰、規(guī)則簡單、計(jì)算方便的優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的發(fā)展,但由于其在有限元單元數(shù)目較多的結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算中因其計(jì)算效率低、算法不穩(wěn)定和棋盤格式現(xiàn)象嚴(yán)重而飽受詬病,為此本文針對漸進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法中出現(xiàn)的問題展開了一下幾方面的研究。(1)漸進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法通常用于結(jié)構(gòu)最優(yōu)拓?fù)湔倚?指導(dǎo)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。但由于其刪除準(zhǔn)則的缺陷易引起計(jì)算效率低等一系列問題。本文對刪除準(zhǔn)則進(jìn)行了改進(jìn),提出了加窗漸進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法。該算法引入結(jié)構(gòu)整體平均應(yīng)變能密度作為單元?jiǎng)h除準(zhǔn)則,同時(shí)將單元?jiǎng)h除率設(shè)定為窗口可調(diào)的自適應(yīng)狀態(tài)。(2)通過算例分析表明,加窗漸進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法一定程度上解決了傳統(tǒng)漸進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法中計(jì)算效率較低和優(yōu)化過程易發(fā)生畸變的問題,且推廣至高階有限元單元應(yīng)用后擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。通過與Michell理論解對比,其構(gòu)造的拓?fù)涞目煽啃砸驳玫搅俗C明。(3)拉桿-壓桿模型是研究復(fù)雜鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)材料受力狀態(tài)的有效工具之一。為研究雙層交通混凝土箱梁抗彎條件下腹板的受力機(jī)理,本文采用尋優(yōu)能力強(qiáng)且計(jì)算效率高的加窗漸進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法來構(gòu)造腹板的拉桿-壓桿模型。文中將試驗(yàn)現(xiàn)象與拉桿-壓桿模型進(jìn)行對比,驗(yàn)證了該方法所得結(jié)果的準(zhǔn)確性,同時(shí)建議設(shè)計(jì)類似構(gòu)件時(shí)圓心分別在距離兩端支座L/8處開設(shè)直徑不大于H/3的圓孔為最佳且圓心應(yīng)偏想受拉區(qū),跨中開梯形孔最合理。文中總結(jié)出的工字梁在不同邊界條件下腹板的拉桿-壓桿模型為類似構(gòu)件的設(shè)計(jì)提供參考。(4)基于加窗漸進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法對雙層交通混凝土箱梁抗彎條件下腹板進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),以期望為后續(xù)的研究提供設(shè)計(jì)思路。根據(jù)拓?fù)鋬?yōu)化解建立單箱三室雙層交通混凝土箱梁抗彎條件下的模型,其腹板開孔率為未優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的1.5倍且只需在跨中設(shè)置一根橫梁,同時(shí)優(yōu)化模型的應(yīng)力值范圍小于試驗(yàn)?zāi)Ｐ颓铱缰形灰茷樵囼?yàn)?zāi)Ｐ偷?.5倍,綜合對比優(yōu)化模型的力學(xué)性能優(yōu)越、工程造價(jià)低、通風(fēng)采光效果更佳。
【學(xué)位單位】：湖南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U441
【部分圖文】：

尺寸優(yōu)化

形狀優(yōu)化

拓?fù)鋬?yōu)化

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2817643