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1、基于CA的结构拓扑设计的研究—平面薄板加强筋拓扑形态创成的仿真JournalofMedmnicalStrength橛拨;季度2001,23(2):181～186基于CA的结构拓扑设计的研究——平面薄板加强筋拓扑形态创成的仿真RESEARCH0NTHET0POL0GYs】DESIGN0FSTRUCTUREBASED0NCA——simula0ⅡOnautogenerationofthinplatessill[Irener王安麟王炬香刘传国胡宗武(上海交通大学机械工程学院,上海200030)WANGAnlinWANGJuxiangLIUChuanguoHUZongwu(Schoo
2、lofMechanicalEngineering,SkuwgtmiJiaotongUniversity,s200030,China)摘要根据CA(CellularAutormta)算法的模型和过程,设计了它在结构拓扑形态设计中的应用步骤.以简单结构的力学模型为基础,分别用力学规则和神经网络方法进行归纳,整理,分类和学习,得到了进化规则,进行自下而上地自动创成结构形态.以平面薄板的加强筋设计为例,进行计算机仿真,得到的结果与实际依靠』,的经验设计的结构拓扑形态较为吻合,且具有较强的泛用性和鲁棒性.关键词单元自动机(cA】规则虚拟单元仿真加强筋神经网络中图分类号TH1221P1
3、8TP3919AbstractAccordingt0themodelandprocessofCellularAutomata(CA),thesteFtsusedintheautogenerationoftopologyshapeinstnactur~designisstudied.Based0nthemechanicalmodelsofsimpleSlIalClUIeS,evolutionrulesaleobeinedthrorlinduction,ooor-dination.classificationmidlearningusingintuitiotfisticwaya
4、ndNeuralNet~,arkmethodrespecdvel7.Structuresalethendesignedauto—nmticullyf]~lllbottomtotopThedesignsofthinplastiffeneraleI~kenasexamplestoilluslratetheprocessbyseveralsoftwaretoolsbasedonCellularAutomataal~,orithmTheresultsaleinwodag~ementwiththerealsituationmidhavestrongg~]era]Jzalionandr
5、o—hasu~sKeywordsCellularAutomata;Rule;Wtrlual~3P.1ls;Silnulatima;Stiffener;NeuralnetworkCorrespondent:WANGArdin,E-mail:一an/in@hotmad.0m,Fax:+86-21?32265643Manuscfptreceived19991212,inre~4sedform20000313.1引言在传统结构设计中结构拓扑形态的构成大都依据经验.或参照已有的结构形式给予初步确定,然后再根据材料的特征和力学原理进行结构的详细设计.在结构自动设计过程中存在以下两个问题
6、:1)如果不给出结构的拓扑形态,仅依靠力学原理设计,将无法建立其力学模型,详细设计也将无法进行.因此,如何自动生成结构的拓扑形态,是传统结构设计实现自动化,智能化的一个关键.2)用何种方法.才能基于人类的结构设计经验以及已有结构形式所包含的知识来实现结构拓扑形态的自动创成.着眼于这两个问题,近几年有许多学者进行了研究,提出了诸如均匀化方法,变密度法,进化法等方法.本文以自动生成平面薄板加强筋形态为例,提出基于CA(CelMarAutonmta:单元自动机)的自动生成结构拓扑形态的设计思想.其基本过程为,将人类对于力和结构形态之间的直观认知关系,以简单规则的形式予以表达;将结
7、构的外部约束和结构所受外力转化为CA内部虚拟单元体;在规则的驱动下,使结构的有限个非虚拟单元进行自下而上的系统自适应,自组织,自修复演化.此演化的最终结果,自动地生成结构的拓扑形态.文中分别以直观的力学规则,神经网络自动学习功能建立的系统演化规则以及两规则的综合驱动进行了数值实验.仿真结果说明所提出的基于CA的自动生成结构拓扑形态方法的可行性,并展示出此方法在结构设计实现自动化,智能化方面的应用前景.2CA算法和平面薄板加强筋设计的基本关系自J.v0neum皿最早研究系统的自组织特性1999t2t2收到初稿,200
