结构优化论文

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1、结构设计优化论文摘要：工程结构优化设计理论，是当今世界的前沿的一种新型的概念和技术，以数学模型和有限元为理论基础，运用科学的计算方法，采用先进的科学技术队结构进行设计。在严格遵守“经济、适川、合理”的设计原则的基础之上，选择更加合理的建筑结构设计方案。关键词：结构设计；尺寸优化；形状优化；拓扑优化；优化算法；优化技术引言当代的结构设计，我们不光考虑设计对象的基本使用功能和安全可靠性外，还考虑到把我们设计对象设计的尽量完美，这就是结构设计的最优化。用科学的语言来描述：利用确定的数学方法，在所有可能的设计方案集合中，找到一种最能够满足预定kl标、最令人满意的结构形式。而结构形式包括了关

2、丁截面、形状、布局和拓扑等信息。根据设计师的直觉和才能，凭借着口己多年积累的经验，设计出一种有效的新型结构，在满足一定的约束条件的同时，求解具有最小重量的结构，以获得最佳的静力或动力等性态特征。结构优化设计，是建立最优化的模型，集计算力学、数学规划、有限元算法、计算机科学以及其他工程学科于一体的研究成果。它为人们长期所追求的新型结构设计提供了先进的工具，是它改变近代结构设计的格局，他为我们提供了更广阔的空间。很多以前难以想彖、难以施工的建筑，止随着结构优化的发展正一点点出现在人们的血前。结构优化设汁的全过程一般可概括为：建立优化设汁的数学模型;选择适合的优化方法;确定目标函数、约束

3、函数、设计变量；确定必要的数据和设讣初始点，编写计算机的语言程序；通过计算机求解并输出计算结果；最后对结果数据进行必要的分析。简单概括为两方而:一是如何将设计问题确切地转化为反映问题实质并适合于优化计算的数学模型；二是如何选用适用的优化方法，求得该数学模型的最优解。建筑设计作为一•类大型“自然一社会”人工系统，其建筑工程设计的选优是一个非常复杂的综合决策问题。适用、安全、经济、美观和便于施工是进行建筑工程设计的一般原则,而这五个方而各有所重，乂互为才厉，一个优秀的设计往往是这五个方而的最佳结合。优化设计的应用领域己从航空航天扩展到船舶、桥梁、汽车、机械、水利、建筑等更广泛的工程领域

4、，解决的问题从减轻结构觅量扩展到降低应力水平、改进结构性能和提高安全寿命等更多方仏近些年，有限元研究和应用的相对成熟，计算机条件的进一步改善和普及，结构优化设计的研究和应川更加普及，这一现代技术已经得到了人部分人的肯定。这一项技术的出现,建筑结构设计的发展空间将会更加的广阔，具有更加良好的发展前景。结构优化设计理念的发展结构优化设计理论孕冇阶段(20世纪60年代以前)，结构型式从梁演变到拱(Arch).桁架(Truss)、穹顶(Dome),古代的结构优化设计以进化般的速度缓慢地发展，那时缺乏告诉的计算工具进行结构分析，缺乏有效数学方法和改进设计，近代的结构优化理论是借助于古典的微分

5、法和变分法进行的。上世纪五十年代以前，用于解决故优化数学问题的数学方法基本上仅限于经典微分法和变分法，成为了经但的最优化方法。50年代以后，几个方血重要的科学发展，推动了结构优化设计方法的快速发展。有限元方法概念的提出、理论的完善和应川的实现；数学规划方法的出现；电子计算机计算能力的快速提高。因此，结构的优化设计，尤其是对复杂和人型结构的优化，其基本定位就是：以有限元计算为基本手段，以最优化算法为搜索方向，通过数值计算方法得以实施。结构优化的类型K结构的截面优化结构截血优化，又称结构的尺寸优化(SizeOptimization),是在结构类型、材料、布局、几何形状已定条件下，求结构

6、各单元的最优截血尺寸。设计中变量可能是杆的横截血积、惯性矩、板的厚度，或是复合材料的分层厚度和材料方向角度，用有限元计算结构位移和应力时，尺寸优化过程不需要网格重新划分，直接利川敏度分析和合适的数学规划方法就能完成尺寸优化。2、形状优化结构形状优化，又称结构的几何优化(ConfigurationOptimization),它是在结构类型、材料、布局已定的条件下，对结构儿何形状进行优化。结构形状优化的主要特征是，待求的设计变量是所研究问题的控制微分方程的定义区域，所以是可动边界问题。它主要研究如何确定结构的边界形状或者内部儿何形状，以改善结构特性。确定内部几何形状如结构内部开孔尺寸和

7、形状的选择，其H的是降低应力集中、改善应力分布状况。许多車要结构或部件往往因为局部的应力集中而造成疲劳、断裂破坏。实践表明，结构的形状优化设计是解决这类问题的有效途径2—。形状优化设计相对尺寸优化设计，研究起步较晚，已经取得的研究成果较少。主要有两方而的原因：其一，由于在形状优化过程中分析模型不断变化，因而必须不断地重新生成有限元网格并进行口适应分析，有一定的难度。其二，由于形状优化过程中，单元刚度矩阵、结构性态与设计变量之间的非线性关系，使得形状优化的敏度分析计算量