基于多目标的主次结构拓扑优化及性能分析

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1、硕士学位论文基于多目标的主次结构拓扑优化及性能分析MULTI-OBJECTIVETOPOLOGYOPTIMIZATIONANDPERFORMANCEANALYSISOFPRIMARY-SECONDARYSTRUCTURES张俊良哈尔滨工业大学2017年12月国内图书分类号：TU355学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工学硕士学位论文基于多目标的主次结构拓扑优化及性能分析硕士研究生：张俊良导师：滕军教授申请学位：工学硕士学科：土木工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2017年12月授予

2、学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU355U.D.C:624AdissertationsubmittedinpartialfulfillmentoftherequirementsfortheacademicdegreeofMasterofEngineeringMULTI-OBJECTIVETOPOLOGYOPTIMIZATIONANDPERFORMANCEANALYSISOFPRIMARY-SECONDARYSTRUCTURESCandidate：ZhangJunliangSu

3、pervisor：Prof.TengJunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：CivilEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要主次支撑框架-核心筒体系具有明显主次特征，其支撑是提

4、供刚度以及延性控制的关键构件。现阶段针对支撑的优化多为基于应变能的单目标优化，得到的优化结构只能满足弹性阶段刚度要求而忽视塑性阶段结构的延性。为提高主次支撑框架-核心筒体系在地震作用下的高抗震性能，本文提出基于应力与应变能的多目标优化方法。对主次支撑框架-核心筒体系进行多目标拓扑优化，得到不同条件下的最优支撑布置形式并分析其力学性能。对不同支撑布置形式的结构进行弹塑性分析，得到结构的塑性发展过程以及各构件组塑性能分布情况。具体完成以下工作：多目标拓扑优化机理与目标函数选择。基于同时满足结构弹性阶段刚度

5、以及弹塑性阶段延性的要求，建立了基于应力与应变能的多目标函数。在不同的权系数组合下，利用BESO法结构进行拓扑优化，并对优化结果和性能指标进行对比分析，得到满足条件的最优权系数组合。以采用X支撑的主次支撑框架-核心筒为例，分析不同构件组对结构刚度以及塑性能的贡献，进一步验证了本文所选优化区域的合理性。基于多目标的主次结构拓扑优化及分析。以主次支撑框架-核心筒的支撑布置区域为优化区域，分析了在不同的边界约束条件、不同的荷载组合以及不同类型水平荷载下的多目标拓扑优化结果。将优化得到的结果进行构形转换并分析

6、其弹性阶段的力学性能。分析了采用X支撑、单目标优化结果和多目标优化结果进行支撑布置的结构的力学性能及变形特点，得到了弹性阶段性能最优的支撑布置形式为单目标结构形式。多目标拓扑优化结构地震失效模式分析。对单目标结构，多目标结构以及采用X支撑的结构进行弹塑性分析。通过静力弹塑性分析，总结了在不同支撑布置下结构塑性发展过程中各构件的屈服顺序，对比了各类结构支撑进入塑性的时刻以及持续时间。得到了推覆结束时刻支撑、次柱、主柱沿高度方向的变形情况。通过动力时程弹塑性分析，得到了在相同地震作用下各类结构的构件组塑性

7、能分布情况。对优化结果进行评价，得到弹塑性阶段性能最优的支撑布置形式为采用多目标优化得到的支撑布置形式。关键词：主次结构；拓扑优化；多目标；巨型支撑；刚度；塑性能-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractPrimary-secondaryframe-bracing-coretubesystemhasdistinctprimary-secondaryfeatures,itsbracingisakeycomponentthatprovidesstiffnessandductilitycontro

8、l.Atpresent,theoptimizationforbracingismostlysingle-objectiveoptimization,theresultobtainedbytheoptimizationmethodcanonlymeettherequirementofelasticstagestiffnessandneglecttheductilityofelastoplasticstage.Consideringtheshortcomin