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《南京航空航天大学》 2003年
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平面连续结构拓扑优化的GA-FE方法研究

桑韧  
【摘要】: 拓扑优化是进行结构方案设计的重要方法。它使复杂结构及部件在概念设计阶段即可灵活地、理性地进行方案优选,这对工程界很具吸引力。与形状优化和截面尺寸优化相比较,拓扑优化的难度最大、最具挑战性。目前,将遗传算法(Genetic Algorithm,GA)用于以桁架为对象的离散结构拓扑分析已经获得了较大的进展,而将GA用于以连续体为初始结构的拓扑优化,由于较少依赖对分析对象的已有知识,方法更具一般性,受到愈来愈广泛的重视。但是,该方法在应用于工程实际中还面临着许多困难和问题亟待解决,如优化模型描述困难、数值算法计算量巨大等等。 遗传算法和有限元方法(Finite Element Method,FEM)相结合,即GA—FE方法(GA—FEM),可用于平面连续结构的拓扑优化问题的分析。本文研究发展了GA—FEM。主要工作包括:(1)综述了GA—FEM的可行性及研究现状。(2)用二进制GA染色体表征结构拓扑形状。(3)设定有限元分析单元的“存在/不存在”属性,使得GA染色体表征的拓扑结构可以进行有限元分析。(4)本文利用“惩罚函数法”将约束问题转变为无约束问题。同时,为了保证结构的连续性,本文首次引入了结构约束的概念,并采用“种子单元法”进行结构连续性分析。本文还依据多种的约束条件构造不同的目标函数。(5)本文提出了二维均匀分块交叉、“扩大种群”的进化机制,引入多点变异,保证了GA种群适应度平均值的有效进化和群体的多样性,实现了拓扑结构的遗传进化。(6)提出将渐进化方法(ESO)的思想引入GA—FEM结构拓扑优化中,提高了计算效率,改善了优化结果。(7)使用面向对象的思想编程,使编制的软件易于使用、扩充和维护;文中用考题对程序分FEM、GA、ESO三部分进行考核。(8)对优化结果进行GA—FEM后处理分析,考察结构优化后应力分布的变化,为优化结果的实用性打下基础。(9)通过对悬臂板拓扑优化和自行车骨架的模拟设计两个算例的计算分析,讨论了结构质量、最佳适应度、种群适应度平均值、最大节点应力和位移等参数随进化代数增大的变化规律,分析讨论了优化结果的多样性问题,为深入认识GA—FEM提供了有价值的参考。 上述工作表明,本文GA—FEM可以实现多载荷、多约束条件下平面连续结构拓扑优化,与ESO等优化方法获得的优化结果相比,本文的优化结果不存在单元铰接和不连续单元,优化结构多样,质量更小,效果更优。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:O342

【引证文献】
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3 朱军祚;大型水工弧形钢闸门的拓扑优化与分析[D];西北农林科技大学;2007年
4 王丽婧;免疫遗传算法—有限元的结构优化方法研究[D];南京航空航天大学;2007年
【参考文献】
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【共引文献】
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1 齐继阳;竺长安;曾议;;基于遗传禁忌混合搜索算法的设备布局研究[A];2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集[C];2004年
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4 姜明辉;袁绪川;;基于GA优化的个人信用评估SVM模型[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
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8 康忠健;徐丽;勾松波;金华蓉;李瑞生;;考虑分布电容的神经网络单相接地故障测距算法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 姜封国;;基于小生境技术的混合遗传算法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
10 陈文颉;窦丽华;;基于改进遗传算法的一种新的图像恢复方法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
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1 李佳;载人潜器阻力性能的数值和试验预报及外形优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 张亚娟;适应性企业战略协同机制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 谭枫;介入式文化算法及其应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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5 谭佳琳;粒子群优化算法研究及其在海底地形辅助导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
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7 李晚龙;六自由度Stewart平台分散智能控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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2 万成;动态环境下的元胞遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
3 李坤;参数参与进化的自适应遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
4 吴香庭;基于遗传算法的K-means聚类方法的研究[D];山东科技大学;2010年
5 马水松;多目标遗传算法与非支配集的构造研究[D];山东科技大学;2010年
6 李臻;城市公交车辆智能调度优化研究[D];山东科技大学;2010年
7 朱国凯;泰安市农村公路典型路面结构研究[D];山东科技大学;2010年
8 纪二云;基于改进遗传算法的电力系统无功优化的研究[D];山东科技大学;2010年
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10 施晓坤;煤炭企业人才结构优化[D];山东科技大学;2010年
【同被引文献】
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1 杨贵玉,孙宝元,李震;利用滤波法消除拓扑优化中的棋盘格式[J];微纳电子技术;2004年08期
2 谢长川,吴志刚,杨超;大展弦比柔性机翼的气动弹性分析[J];北京航空航天大学学报;2003年12期
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4 唐文艳,顾元宪,赵国忠;复合材料层合板铺层顺序优化遗传算法[J];大连理工大学学报;2004年02期
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10 李芳,凌道盛;工程结构优化设计发展综述[J];工程设计学报(机械·设备和仪器的开发技术);2002年05期
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1 左孔天;连续体结构拓扑优化理论与应用研究[D];华中科技大学;2004年
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1 李文娟;弧形钢闸门三维有限元分析[D];广西大学;2002年
2 邵将;基于AGA-FEM的复合材料层合壳结构优化方法研究[D];南京航空航天大学;2004年
3 赵康;基于Level Set方法的结构优化技术[D];大连理工大学;2005年
4 王春会;连续体结构拓扑优化设计[D];西北工业大学;2005年
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6 孙蓓;连续体结构拓扑优化理论研究及其在水利工程中的应用[D];河海大学;2005年
7 张宏建;燃烧室浮动壁结构优化方法研究[D];南京航空航天大学;2005年
8 李伟国;复合材料层合结构可靠性优化方法研究[D];南京航空航天大学;2005年
9 王志亮;采煤刮板输送机铲板槽帮的拓扑优化分析[D];河北工业大学;2005年
10 刘少芳;柔顺机构的动态拓扑优化设计[D];汕头大学;2005年
【二级引证文献】
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1 高建辉;温卫东;崔海涛;;基于遗传算法的火焰筒浮动瓦块热-结构耦合优化分析[J];航空动力学报;2012年01期
2 夏天翔;姚卫星;;连续体结构拓扑优化方法评述[J];航空工程进展;2011年01期
3 张磊;陈红全;;基于CST参数化的翼型优化遗传算法研究[J];航空计算技术;2011年06期
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9 李滨;王述洋;;基于模糊优化理论的生物质裂解装置转锥有限元安全分析[J];中国安全科学学报;2007年04期
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1 陈文颉;窦丽华;;基于改进遗传算法的一种新的图像恢复方法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
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1 段志东;基于广义模块化设计的快锻液压机机架力学特性研究[D];兰州大学;2010年
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3 袁代林;改进的微粒群算法及其在结构拓扑优化中的应用[D];西南交通大学;2009年
4 高建辉;浮壁式火焰筒瓦块结构的优化分析方法研究[D];南京航空航天大学;2012年
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1 闫利利;起重机箱形梁的拓扑优化研究[D];郑州大学;2010年
2 石兴保;齿轮增速器的振动特性分析及其隔振设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 王霞;用于块截断编码图像信息隐藏的遗传算法研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
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10 张超;弧形水工钢闸门拓扑优化研究[D];西北农林科技大学;2011年
【二级参考文献】
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8 葛培明;改进的遗传算法及其在工程优化中的应用[D];西南交通大学;2006年
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10 贾海朋;结构与柔性机构拓扑优化[D];大连理工大学;2005年
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1 桑韧;平面连续结构拓扑优化的GA-FE方法研究[D];南京航空航天大学;2003年
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4 朱润;静力载荷下板壳结构的拓扑优化[D];北京工业大学;2011年
5 陈茹雯;某军车车身有限元分析及拓扑优化[D];南京理工大学;2004年
6 汪海滨;Level set算法及其应用[D];西北工业大学;2006年
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10 赵康;基于Level Set方法的结构优化技术[D];大连理工大学;2005年
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