基于应力均匀化半径的双向进化结构优化方法研究

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本文针对双向进化结构优化方法(Bi-directional Evolutionary Structural Optimization)在连续体结构拓扑优化中的应用,基于 ANSYS软件工作平台,加入了均匀化方法,对影响半径的大小进行算例对比,寻找出理想的影响半径范围。   由于双向进化结构优化方法常常带有不可克服的棋盘格形式数值稳定问题,使得结构拓扑优化后,优化结果出现轮廓边界不清晰或者棋盘格子现象。为了克服此问题,基于Mises强度理论,在原有双向进化结构优化方法中加入均匀化方法,能够消除数值稳定问题,但这却又因均匀半径范围太大使得拓扑优化最终结果出现问题。   本文的主要研究过程和结论如下:   首先,在 ANSYS软件工作平台上,对传统的BESO方法进行数值实现。然后,通过对比两种均匀化方法对BESO的影响,寻找出稳定性与效率更好的计算方法;在效率高稳定性好的计算方法基础上,进行3个经典的静力模型算例(通过改变网格密度、支座形式、荷载方式等的方式)对比,从R=0到R=3的拓扑优化结果中寻找出理想影响半径范围。通过总结在静力所遇到的问题与结论,把问题拓展到动力问题上。在动力荷载下,通过分别对比移动荷载与正弦荷载的算例,验证在静力条件下与动力条件下的影响半径理想取值范围是否一致。   通过算例的对比验证,发现当影响半径R介于1到2时,无论是优化速度还是计算稳定性,以及优化效果都是最好的。
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