工程结构优化设计发展综述

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1、第9卷第5期工程设计学报Vol.9No.52002年12月JOURNALOFENGINEERINGDESIGNDec.2002工程结构优化设计发展综述李芳19凌道盛2(1.浙江工业大学机电学院9浙江杭州310032;2.浙江大学土木工程学系9浙江杭州310027)摘要:着重评述了工程结构优化设计研究领域从最初的尺寸优化发展到形状优化~拓扑优化的基本历程及其相关特点9并对优化设计选用的优化算法进行了归类9提出了这一领域今后仍然有待于发展的主要方面.关键词:工程结构;尺寸优化;形状优化;拓扑优化;优化算法中图分类号:O342文献标识码:A文章编号:1006-754X(20

2、02)05-0229-07Surveyofthedevelopinginengineeringstructuraloptimizationdesign12LIFang9LINGDao-sheng(1.CollegeofmechanicalSElectricalEngineering9ZhejiangUniversityoftechnology9~angzhou3100329China;2.DepartmentofCivilEngineering9ZhejiangUniversity9~angzhou3100279China)Abstract:thepaperrevie

3、wsemphaticallymaincourseandcorrelativecharacteristicofdevelopingfrominitialsizingdesigntoshapeandtopologyoptimizationinengineeringstructuraloptimizationdesignfield9classifiesalgorithmsintheoptimizationdesignandpresentstheprincipalaspectwhichisstilltobeimprovedinfuture.Keywords:engineeri

4、ngstructure;sizingoptimization;shapeoptimization;topologyoptimiza-tion;optimizationalgorithm结构优化设计的目的在于寻求既安全又经济的力学性态的导数值.它要面向工程设计中的各种实结构形式9而结构形式包括了关于尺寸~形状和拓扑际问题建立优化设计模型9根据结构与力学的特点等信息.对于试图产生超出设计者经验的有效的新对数学规划方法进行必要的改进.因此9结构优化设型结构来说9优化是一种很有价值的工具.优化的目计是一综合性~实用性很强的理论和技术.标通常是求解具有最小重量的结构9同时必须满

5、足目前9结构优化设计的应用领域已从航空航天一定的约束条件9以获得最佳的静力或动力等性态扩展到船舶~桥梁~汽车~机械~水利~建筑等更广泛特征.的工程领域9解决的问题从减轻结构重量扩展到降集计算力学~数学规划~计算机科学以及其他工低应力水平~改进结构性能和提高安全寿命等更多程学科于一体的结构优化设计是现代结构设计领域方面.例如9陈汝训等[1]用数值解法求得了火箭发动的重要研究方向.它为人们长期所追求最优的工程机壳体封头的形状优化解.顾元宪等[293]用微机辅助结构设计尤其是新型结构设计提供了先进的工具9结构优化设计系统(mCADS)进行了平面膜板的开成为近代设计方法的重要

6、内容之一.孔形状优化~管道连接和变形补偿的波纹管即膨胀结构优化设计也使得计算力学的任务由被动的节的形状优化~火车车轮断面和航空发动机涡轮盘分析校核上升为主动的设计与优化9由此结构优化形状优化.Gates[4]等对航天器中的丁字形托架和内也具有更大的难度和复杂性.它不仅要以有限元等有肋板~外有撑架的柱形三维壳体结构进行了形状数值方法作为分析手段9而且还要进一步计算结构优化.Koetsuyamaza!i等[5]用边界元法优化了三收稿日期:2002-01-16.基金项目:国家自然科学基金资助项目(50075083).作者简介:李芳(19571)9女9浙江杭州人9副教授9博士

7、9从事工程结构的优化设计等研究9E-mail:Lif1110@163.com;凌道盛(19651)9男9浙江杭州人9副教授9博士9从事岩土工程结构设计等研究.23O工程设计学报第9卷维连杆的开孔和边界形状.罗志军等[6]用遗传算法进行结构优化设计的思想以来结构优化设计领域对雷达天线罩进行结构壁各层厚度的优化.薛玺发生了革命性的变化不同时期的综述性的文献表成[7]等探讨了地下洞室断面形状的优化计算方法.明了这种变化趋势.文献[1213]系统地阐述了形状张文元[8]等用遗传算法对空间25杆桁架的杆截面优化设计的基本概念~边界形状描述和优化数值方进行了尺寸