浅论基于ansys平台的连续体结构拓扑优化方法研究

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1、同济大学土木工程学院硕士学位论文基于ANSYS平台的连续体结构拓扑优化方法研究姓名：李湘沅申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：许强20070401摘要本文针对渐进结构优化方法(EvolutionaryStructureOptimization)在连续体结构拓扑优化中的应用；基于ANSYS软件工作平台。开发了具有本文思想的结构拓扑优化算法及数值实现。首先，在ANSYS软件工作平台下，对传统的ESO方法进行了数值实现。然后，在传统的ESO方法的思想基础上，依据位移灵敏度的分析，较严格地导出了应力灵敏度；并根据载荷最优传递路线的概念提出了一种具有应力约束的连续

2、体结构拓扑优化的删除策略。与传统的ESO方法相比较，且通过数值算例验证本文方法具有更强的寻优能力。在有应力约束下的连续体结构拓扑优化中采用本文方法可以取得较为满意的优化结果。由于应力约束按单元计，使得连续体结构拓扑优化由于约束数目太多，导致应力灵敏度分析计算量太大而无法接受。为了提高ESO方法的效率，基于Mises强度理论，提出了应力约束全局化处理方法，将局部的应力约束问题转化为结构整体的应变能约束问题。算例表明该处理简单有效。这样的处理亦可应用于多工况作用下的连续体结构拓扑优化问题。在结构优化设计的软件实现方面，基于已有商业有限元分析软件，提出了一套结构优化

3、设计的软件实现解决方案，并以广泛使用的ANSYS软件作为分析平台，阐述了优化软件实现的过程。这部分的工作对今后优化设计的软件开发具有指导作用。关键词：连续体结构，渐进优化方法，拓扑结构，单元删除策略，数值实现AbstractABSTRACTInthispaper,theEvolutionaryStructureOptimizationmethodisstudiedforcontinuumstructure．AprocedureofanimprovedstructuraltopologyoptimizationmethodisdevelopedontheANSY

4、Ssofl[、)vareplatform．TheconventionalESOmethodcouldbeestablishedeasilyOiltheANSYSsoitwareplatform．BasedontheconventionalESOmethodandtheconceptofoptimalrouteofloadtransfer,itisdevelopedthatastructuraltopologyoptimizationmethodforcontinuastructureisprovided、析thanewdementremovalstrategy

5、．Inthispaper,basedonthedisplacementsensitivityofstructure,thestresssensitivityisderivedcomparativelystrictly．TheimprovedESOmethodisappliedtoseveralexamplesandtheresultsdemonstratethattheproposedmethodcallobtainmmoptimalstructuraltopology．Theproposedmethodisalsofeasibleandeffectivefo

6、rtheproblemofcontinuumtopologyoptimizationwiⅡlstressconstraints．Stressconstraintsareassociatedwitheachdement．Therefore，alargenumberofconstraintsmustbeconsidered；andthesensitivityanalysesassociatedwithstressconstraintsistooexpensivetobeacceptable．ToimprovetheefficiencyoftheESOmethod，

7、astrategywithglobalizationofstressconstraintsisproposedbasedonyonMises’yieldcriterion．Thelocalstressconstraintsofdementaretransformedintotheglobalstrainenergyconstraintsofstructure．Numericalexamplesillustratethepromisingperformanceofthestrategy．Infact,thestrategyisconvenientforthepr

8、oblemofcontinuumtop