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传统结构拓扑优化方法简介

更新时间: 2019-09-30 17:41:42  查看次数: 671    
       一般而言,结构优化指考虑在给定的约束条件下,通过改变结构的设计变量,使结构达到某种性能最优的问题。与所有优化问题一样.结构优化问题也包括H个要素,即目标函数、设计约束和设计变里。其中,目标函数用来表征结构某种性能的优劣;设计变量是结构上可优化、调整的一些结构参数;设计约束是对设计变鱼附加的一些限制条件。结构优化的目标,就是针对某个结构,寻找设计变量的最优值,使它们在满足给定设计约束的前提下,让目标函数达到最优值。
       尺寸优化主要指在保持结构的拓拌和形巧不变的巧况下寻求结构的尺寸参巧优化来改善结构的性能,如调节梁柱的横截面尺寸、板壳的巧度等。它的设计变量表示较容易,求解方法也较为成巧。
       形状优化指在维持结构巧朴关系不变的条件下,改变设计区域的形状或边界,来寻求结构最优的形状和边界,如优化节点的位置,优化结构的边界等。由于改变7结构的形状和边界,因此,如何描述边界及在优化过程中如何调整结构形状是它的难点。
       商频变化的不连续现象,而不能准确取值为0或1。它的出现会使模型在实际制造中产生困难,因为很难将0-1之间的巧度很好地通过实际材料表现出来。
       为了消陈棋盘格这种商频变化现象,通常采用的方法是滤波。其基本思想为,在计算单元<的敏度时,根据单元/周围单元的敏度来取单元敏度的加权平均值。IW给出的敏度过滤方法如下:
  1. 巧出每个节点的所有邻接单元。
  2. 对该节点所有邻接单元的灵敏度计算其加权平均值.将结果作为该节点的灵敏度值。
  3. 找出每个单元的所有邻接节点。
  4. 对该单元所有邻接节点的灵敏度计算其化权平均值,将结果作为该单元的灵敏度值。
       通过这种滤波方法,灵敏度在各单元间实现了平滑过渡,商频现象得到削弱,棋盘格得到较好抑制。
       随着3D打印在各个领域的广泛应用,越来越多的个人用户也乐于设计并打印自己的模型。然而,由于有些用户缺乏结构设计的相关知识,设计的模型在打印后可能存在一些结构或强度缺陷。本文给出一种交互式的方法,来帮助用户在设计模型的同时进行结构分析,以保证模型的结构强度。考虑到传统有限元方法昂贵的计算代价,本文采用T基于截面的结构分析方法。通过引入模型的骨架来辅助模型编辑、截面求交、荷载分析、强度计算和网恪修正。对分析所得的模型巧弱区域,系统骨骼为中必放缩相应区域増强其强度。实验结果表明,本文方法具有良好的实用性和易用性。