结构优化设计-王光远版本
- 格式:ppt
- 大小:8.07 MB
- 文档页数:398
《结构优化设计》大作业报告实验名称: 拓扑优化计算与分析1、引言大型的复杂结构诸如飞机、汽车中的复杂部件及桥梁等大型工程的设计问题,依靠传统的经验和模拟实验的优化设计方法已难以胜任,拓扑优化方法成为解决该问题的关键手段。
近年来拓扑优化的研究的热点集中在其工程应用上,如: 用拓扑优化方法进行微型柔性机构的设计,车门设计,飞机加强框设计,机翼前缘肋设计,卫星结构设计等。
在其具体的操作实现上有两种方法,一是采用计算机语言编程计算,该方法的优点是能最大限度的控制优化过程,改善优化过程中出现的诸如棋盘格现象等数值不稳定现象,得到较理想的优化结果,其缺点是计算规模过于庞大,计算效率太低;二是借助于商用有限元软件平台。
本文基于matlab软件编程研究了不同边界条件平面薄板结构的在各种受力情况下拓扑优化,给出了几种典型结构的算例,并探讨了在实际优化中优化效果随各参数的变化,有助于初学者初涉拓扑优化的读者对拓扑优化有个基础的认识。
2、拓扑优化研究现状结构拓扑优化是近20年来从结构优化研究中派生出来的新分支,它在计算结构力学中已经被认为是最富挑战性的一类研究工作。
目前有关结构拓扑优化的工程应用研究还很不成熟,在国外处在发展的初期,尤其在国内尚属于起步阶段。
1904 年Michell在桁架理论中首次提出了拓扑优化的概念。
自1964 年Dorn等人提出基结构法,将数值方法引入拓扑优化领域,拓扑优化研究开始活跃。
20 世纪80 年代初,程耿东和N. Olhoff在弹性板的最优厚度分布研究中首次将最优拓扑问题转化为尺寸优化问题,他们开创性的工作引起了众多学者的研究兴趣。
1988年Bendsoe和Kikuchi发表的基于均匀化理论的结构拓扑优化设计,开创了连续体结构拓扑优化设计研究的新局面。
1993年Xie.Y.M和Steven.G.P提出了渐进结构优化法。
1999年Bendsoe和Sigmund证实了变密度法物理意义的存在性。
结构设计优化技术手册一、引言在建筑设计与施工领域,结构设计起着至关重要的作用。
一个合理且优化的结构设计,能够有效提升建筑的安全性、可持续性和经济性。
本技术手册致力于介绍结构设计优化技术,旨在帮助工程师优化设计方案,提高建筑项目的质量与效益。
二、减重设计技术1. 材料选择优化:根据建筑物的要求,选择适宜的材料能够提高结构的可靠性和抗震性能。
例如,对于高层建筑,采用高强度钢材或混凝土可以有效减轻自重。
2. 结构系统优化:通过合理设计结构形式和布局,能够减少材料的使用量,降低整体重量。
例如,在悬索桥的设计中,采用轻质悬索材料和空心钢箱梁可以减轻结构负荷。
3. 高效计算方法:使用现代计算机辅助设计软件,能够提高计算效率和精确度。
利用有限元分析等工具,可以更好地模拟结构的力学行为,寻求更优的结构解决方案。
三、刚度优化技术1. 刚度分析:通过建立结构模型并进行刚度分析,可以评估结构的刚度分布情况。
在高刚度区域加强支撑,而在低刚度区域加入适当的柔性连接,有助于提高结构的整体刚度。
2. 剪力墙优化:对于多层建筑,合理设计剪力墙的数量和位置,可以提高整体刚度和抗震性。
通过结构模拟计算,可以确定最佳的剪力墙布置方案。
3. 梁柱设计:考虑梁柱的几何形状和尺寸对结构的刚度影响,通过优化设计,提高结构承载能力和抗震能力。
可采用参数化设计的方法,通过多次计算寻找最优设计方案。
四、安全性优化技术1. 抗震设计:针对地震荷载,通过合理的抗震设计能够保证结构在地震中的安全性。
采用弹性剪切变位反应谱分析,可以评估结构的抗震性能,找到潜在的脆弱区域并进行加固设计。
2. 极限状态设计:结构在承受设计荷载时可能发生失效,通过极限状态设计,能够确保结构在极端加载情况下的安全性。
采用可靠度指标和风险分析方法,进行设计参数的优化选择。
3. 火灾安全:结构设计时应考虑火灾安全,合理设置消防通道和消防设施,以保证建筑在火灾发生时的疏散和灭火能力。
结构优化设计课程设计一、课程目标知识目标:1. 让学生掌握结构优化设计的基本原理,理解结构稳定性、材料强度和刚度等关键概念。
2. 使学生了解不同类型的结构优化方法,如尺寸优化、形状优化和拓扑优化。
3. 引导学生运用数学和物理知识分析简单工程结构问题,提出合理的优化方案。
技能目标:1. 培养学生运用计算机软件(如CAD、ANSYS等)进行结构优化设计的能力。
2. 培养学生团队协作和沟通能力,能在小组讨论中提出见解,共同解决问题。
3. 提高学生动手实践能力,能制作和测试优化后的结构模型。
情感态度价值观目标:1. 激发学生对工程设计和科技创新的兴趣,培养创新意识和探索精神。
2. 培养学生关注工程实际问题,认识到结构优化设计在工程领域的应用价值。
3. 培养学生严谨、负责的态度,树立安全、环保、节能的工程观念。
课程性质:本课程为工程专业选修课,以实践性和应用性为主,注重培养学生的动手能力和实际问题解决能力。
学生特点:学生具备一定的数学、物理和工程专业基础知识,具有较强的学习兴趣和探索精神。
教学要求:结合课程特点和学生学习需求,采用理论教学与实践教学相结合的方式,注重启发式教学,引导学生主动参与,提高学生的实际操作能力。
通过课程学习,使学生能够独立完成简单的结构优化设计任务,为未来从事相关领域工作奠定基础。
二、教学内容1. 引言:结构优化设计的概念、意义及在工程领域的应用。
2. 基本原理:- 结构稳定性、材料强度和刚度理论。
- 结构优化设计的基本方法及其适用范围。
3. 尺寸优化:- 尺寸优化原理及数学模型。
- 尺寸优化算法及应用案例。
4. 形状优化:- 形状优化原理及数学模型。
- 形状优化算法及应用案例。
5. 拓扑优化:- 拓扑优化原理及数学模型。
- 拓扑优化算法及应用案例。
6. 结构优化设计软件应用:- CAD软件进行结构建模。
- ANSYS等软件进行结构分析及优化。
7. 实践教学:- 制作优化前后的结构模型。
结构方案设计模糊多属性决策的灰色关联度方法
吕大刚;王力;张鹏;王光远
【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》
【年(卷),期】2007(39)6
【摘要】在结构的方案设计中,结构方案的属性信息通常是不完全的,或者说是未确知的.为此,建立了结构方案设计的模糊多属性决策模型,给出了属性模糊满意度矩阵的确定方法,以有效地处理模糊信息.为了克服直接采用欧式距离确定偏好最优方案的缺点,提出了一个基于灰色关联度的模糊多属性决策方法,并给出了具体的求解程序.以某大跨空间结构方案设计为例,说明了结构设计方案优选的决策过程.实例应用的结果表明,提出的方法可以有效地处理不确定性环境下结构方案的优选决策问题.【总页数】4页(P841-844)
【作者】吕大刚;王力;张鹏;王光远
【作者单位】哈尔滨工业大学,土木工程学院,哈尔滨,150090;哈尔滨工业大学,土木工程学院,哈尔滨,150090;西南石油大学,建筑工程学院,成都,610500;哈尔滨工业大学,土木工程学院,哈尔滨,150090
【正文语种】中文
【中图分类】TU311.41;TP183
【相关文献】
1.基于相对接近度的结构选型模糊多属性决策方法 [J], 王力;吕大刚;张世海;王光远
2.山区库岸路基防护结构物设置选型的模糊多属性决策方法 [J], 阎宗岭;贺铭;栗海涛;王操
3.具有一般信息结构的模糊多属性决策方法 [J], 李登峰
4.模糊多属性决策的三种结构元方法 [J], 刘海涛;郭嗣琮
5.故障搜索的灰色关联度模糊多属性决策方法 [J], 姚成玉;王旭峰;陈东宁;张荧驿因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
结构优化设计课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握结构优化设计的基本概念、方法和应用,能够运用所学知识解决实际问题。
具体目标如下:1.了解结构优化设计的基本概念和原理。
2.掌握结构优化设计的基本方法和步骤。
3.熟悉结构优化设计在工程中的应用。
4.能够运用结构优化设计的方法分析问题和解决问题。
5.能够运用计算机软件进行结构优化设计。
情感态度价值观目标:1.培养学生的创新意识和实践能力。
2.培养学生的团队合作意识和沟通交流能力。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分:1.结构优化设计的基本概念和原理。
2.结构优化设计的基本方法和步骤。
3.结构优化设计在工程中的应用。
具体的教学大纲如下:第一章:结构优化设计的基本概念和原理1.1 结构优化设计的定义和意义1.2 结构优化设计的基本原理1.3 结构优化设计的基本方法第二章:结构优化设计的基本方法2.1 数学规划方法2.2 模拟优化方法2.3 启发式优化方法第三章:结构优化设计在工程中的应用3.1 结构优化设计在结构分析中的应用3.2 结构优化设计在结构设计中的应用3.3 结构优化设计在其他工程领域的应用三、教学方法为了实现本课程的教学目标,我们将采用多种教学方法,包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。
1.讲授法:通过教师的讲解,使学生掌握结构优化设计的基本概念、方法和应用。
2.讨论法:通过小组讨论,培养学生的团队合作意识和沟通交流能力。
3.案例分析法:通过分析实际案例,使学生了解结构优化设计在工程中的应用。
4.实验法:通过实验操作,培养学生的实践能力和创新意识。
四、教学资源为了支持本课程的教学内容和教学方法的实施,我们将准备以下教学资源:1.教材:选用合适的教材,为学生提供结构优化设计的基本知识框架。
2.参考书:提供相关的参考书籍,丰富学生的知识储备。
3.多媒体资料:制作多媒体课件,生动形象地展示结构优化设计的基本概念和方法。
4.实验设备:准备相关的实验设备,为学生提供实践操作的机会。
结构智能优化设计——一个新的研究方向
吕大刚;王光远
【期刊名称】《哈尔滨建筑大学学报》
【年(卷),期】1999(032)004
【摘要】分析了当前结构优化设计实际应用落后于理论研究的原因,注意到人工
智能科学的前沿领域-计算智能存在的潜力,提出了结构智能优化设计的概念。
指出结构智能优化设计包括结构模糊优化设计、结构神经智能优化设计、结构进化智能优化设计和结构智能优化设计的集经方法等四个方面的研究内容,并探讨了具有广泛意义的工程智能设计理论的实现技术,即建立计算机集成设计系统(CIDS)的设想。
【总页数】6页(P7-12)
【作者】吕大刚;王光远
【作者单位】哈尔滨建筑大学工程理论与应用研究所;哈尔滨建筑大学工程理论与
应用研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TU318
【相关文献】
1.建议创立“网络艺术社会学”——一个新的交叉学科的研究方向 [J], 何亭
2.结构智能优化设计—一个新的研究方向 [J], 吕大刚;王光远
3.编后记:现当代中国文学在海外——一个新的研究方向 [J], 张西平;
4.计算智能:一个重要的研究方向 [J], 李国杰;
5.论土壤修复改良的矿物技术——矿物岩石地球化学一个新的应用研究方向 [J], 刘建明;刘善科;韩成;盛学斌;齐鑫;张子岭
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
结构优化设计课程设计一、课程目标知识目标:1. 学生能理解结构优化设计的基本概念,掌握其基本原则和方法。
2. 学生能够运用数学和物理知识分析简单结构系统的受力情况,并对其进行优化设计。
3. 学生能够掌握至少两种结构优化设计软件的使用,并能进行基本操作。
技能目标:1. 学生能够运用所学知识对实际结构问题进行合理假设,建立数学模型,提出优化方案。
2. 学生能够通过小组合作,运用结构优化设计方法解决实际问题,提高解决问题的能力。
3. 学生能够熟练运用结构优化设计软件,进行结构分析、优化设计和结果评估。
情感态度价值观目标:1. 学生对结构优化设计产生兴趣,认识到其在工程领域的重要性和实用性。
2. 学生通过课程学习,培养创新意识,提高对工程问题的探究精神。
3. 学生能够认识到团队合作的重要性,培养良好的团队协作能力和沟通能力。
4. 学生能够关注结构优化设计在生活中的应用,提高社会责任感和环保意识。
本课程针对高中年级学生,结合学科特点,注重理论知识与实践操作的结合。
课程设计注重启发式教学,引导学生主动思考,培养其解决实际问题的能力。
同时,关注学生个体差异,鼓励团队协作,提高学生的综合素质。
通过本课程的学习,使学生能够在知识、技能和情感态度价值观方面取得具体、可衡量的学习成果。
二、教学内容1. 结构优化设计基本概念:介绍结构优化设计的定义、分类和作用,结合课本第二章内容,使学生了解结构优化设计的基本原理。
2. 结构优化设计方法:讲解优化设计的基本方法,如遗传算法、模拟退火法等,结合课本第三章,让学生掌握优化设计方法的应用。
3. 结构优化设计软件应用:学习两款常用结构优化设计软件(如ANSYS、SolidWorks等),结合课本第四章,使学生能够运用软件进行结构分析、优化设计和结果评估。
4. 结构优化设计实例分析:分析实际工程案例,结合课本第五章,让学生了解结构优化设计在实际工程中的应用。
5. 结构优化设计实践操作:分组进行实践操作,运用所学知识对实际问题进行优化设计,提高学生的动手能力和解决问题的能力。
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 王光远院士谈科研选题与科研方法王光远院士谈科研选题与科研方法哈工大报讯(学生记者曹石鼓)科研选题和科研方法是广大科技工作者共同关心的话题,中国工程院王光远院士结合自己的科研实践,为青年教师与研究生谈了这两个问题。
他讲座的前一部分分析了我们应该如何进行科研选题,并在其中渗透了科研方法的问题,讲座的后一部分就科研方法进行了系统的阐述。
如何选择科研方向,如何缩小研究领域,如何确定科研课题。
科研方向即研究领域,是研究的战略性抉择,科研方向好与不好将影响我们很长时期的研究情况。
王院士将科研方向的选择放在极为重要的位置,他说,在他老师那一代,也就是30年代至50年代的土木工程学科,大家的毕生精力都放在了超静定问题的计算简化之上。
在当时,研究这个课题是十分重要的,因为在没有快速计算工具的条件下,计算大量的代数方程组十分困难,必须加以简化。
在这个领域,中国的老先生们提出了很多十分巧妙的方法,但这只是一个代数方程组求解的问题,学术水平太低,计算机一出现,那些方法就全部没用了,他们的研究在历史上并没有留下什么痕迹。
可见研究方向是受到客观条件的制约。
1 / 14王光远从1956年开始有计划地搞一些大研究项目,这时首先遇到的问题就是选择什么样的科研方向。
当时土木工程专业最热门的就是线弹性薄壳计算,到底搞不搞这个方向?经过分析,他很快否定了。
首先符拉索夫的线弹性理论已经相当完备,其次利用有限元进行计算的计算方法已经十分完善,而且计算机的出现使得计算手段已经具备:理论,方法,手段都已经很成熟,已经没有太多的研究空间了。
但是当时为什么大家都钻在里面不出来呢?是因为好出文章!有时候把一个边界条件一换就成了一篇论文了,但是当时出的那么多论文现在几乎没有被提及的。
结构优化设计国内外研究现状抗烝优化设计研究是在保证结构安全度利抗震性能的就提b通过对结构设计方案的优化达到提高王程的技术质量和经挤效益.节约资源,使投资效益堆大化.因此结构抗農优化要达到的目的有两个,一是提岛结构抗產性能,二是降低结构造价。
当前结构设计中存在许多问题,如为了赶丁期没有经过优化和深化设计勿忙岀图. 建材的浪费严重:抗震结构达不到抗震性能设计要求.存在明显河弱部位零.日前, 结构优化的实际应用远远落后于理论进展.特别是高层泡凝土结构的优化设计应用还不普遍.优化设计中重视构件尺寸的优化.而忽视结构轅体的优化.而且由F实际结构问题往往十分复杂.存在设计变量多、约束条件多、变駅离敬.受建筑功能限制较大等使丁程优化的目标无法实现,技术无祛推广应用.混凝上结构的优化与其他结构的优化有个显乘不同,就是塞与凶家设计规范和抗琏设计概念相结合,因此如果单纯从数学模型研究优化毘很难实现并推广应用的。
高层结构各控制指标相互耦合,结构调整反复试寡工作虽大,而且效果不理想,设计师难以把握结构构件与目标指标的灵敏度关系,结构的调整真有-定的旨目性・® 好是将结构槪念设计与优化分析软件相结合.实现优化软件自动迭代达到鼠优设计,足今后优化的发展趙势。
本文将基T通用有限元软件进行第构优化分析・设定优化冃标、优化参数和约束条件,通过优化舞法山软件自动完成抗蠢优化,井将其应用于带转换层结构、超高层框筒结构等典电结构形式,主要内容包括结构构件灵敏度分析法、通用优化软件实现品层结构优化设计的方法、优化设计软件的开发*在结构体系优化中,优化目标可以是结构刚度、变形、总造价,也可以将规范规定的刚度、变形、承教能力的下限作为约束条件乜将本课题研究得到的优化方法和工稈应用成果,用于高层混凝土结构优化设计中*将大大提高优化设计的有效性和效瘵.建筑结构优化主要体现在解决结构抗復性能和设计成本之间的矛盾。
从以往的优化的经验来看,优化设计后结构造价可降低约5^30%卩21。
工程力学中的结构优化设计有哪些?在工程领域,结构优化设计是一个至关重要的环节,它旨在以最经济、高效的方式实现结构的最佳性能。
工程力学作为研究结构力学行为的学科,为结构优化设计提供了坚实的理论基础。
接下来,让我们一同探讨工程力学中的一些常见结构优化设计方法。
首先,尺寸优化是结构优化设计中的基本方法之一。
它主要关注结构构件的截面尺寸,如梁的宽度和高度、柱的直径等。
通过调整这些尺寸,在满足强度、刚度和稳定性等要求的前提下,使结构的重量最轻或者成本最低。
例如,在设计钢梁时,我们可以根据所承受的荷载和跨度,通过计算和分析来确定最优的梁高和梁宽,以确保钢梁既能安全承载又能在材料使用上达到最经济的效果。
形状优化则是在尺寸优化的基础上更进一步。
它不仅仅局限于构件的尺寸调整,还涉及到结构的几何形状改变。
比如,对于桥梁的桥塔形状,我们可以通过优化设计使其风阻更小,从而提高桥梁在大风环境下的稳定性。
在航空航天领域,飞机机翼的形状优化可以减少飞行阻力,提高燃油效率。
形状优化需要更复杂的数学模型和计算方法,通常会借助计算机辅助设计软件来实现。
拓扑优化是一种更为先进和具有创新性的结构优化方法。
它通过在给定的设计空间内寻找最优的材料分布,从而得到最理想的结构形式。
在拓扑优化中,设计区域被离散化为大量的单元,然后根据设定的目标和约束条件,确定哪些单元应该保留材料,哪些单元可以去除。
这种方法常用于汽车零部件的设计,如发动机支架、底盘结构等,能够在满足性能要求的前提下,极大地减轻结构重量。
材料优化也是结构优化设计的一个重要方面。
随着材料科学的不断发展,出现了各种各样的新型材料,如高强度钢、碳纤维复合材料等。
在结构设计中,选择合适的材料并对其性能进行优化,可以显著提高结构的性能。
例如,在高性能赛车的设计中,会根据不同部位的受力情况和功能需求,选择不同特性的材料,并通过优化材料的铺设方向和层数,来实现车身结构的轻量化和高强度。
结构的布局优化同样不可忽视。
结构优化设计的一个方法
洪业
【期刊名称】《太原机械学院学报》
【年(卷),期】1991(012)001
【摘要】本文提出了一种将齿形法与有约束的“三点调优”相结合的新型结构优
化设计方法.它是将满应力准则、位移准则与非线性规划方法结合起来.运用射线涉
把设计点拉至最严约束边界,利用“三点调优”的方法进行“λ搜索”.在“λ搜索”中通过结构近似重分析和敏度分析计算动态尺寸下限,使整个优化过程始终沿着有
效约束边界进行而尽快达到最优点,从而减少了内力重分析次数,加速了收敛于精确解.通过将此新的方法结合在 DESAPI 程序中的运用,经考题验证该方法提高了原程序的收敛精度和计算效率.
【总页数】14页(P80-93)
【作者】洪业
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TH122
【相关文献】
1.结构智能优化设计——一个新的研究方向 [J], 吕大刚;王光远
2.结构智能优化设计—一个新的研究方向 [J], 吕大刚;王光远
3.房屋建筑结构设计中建筑结构优化设计方法的应用探讨 [J], 梁金云
4.一个结构优化设计的并行算法 [J], 王希诚;唐纪晔
5.结构时域优化设计的一个有效算法 [J], 裘春航;刘晓俭
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。