基于現(xiàn)有軟件的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)技術(shù)與程序系統(tǒng).pdf

1、與形狀優(yōu)化和尺寸優(yōu)化相比，拓?fù)鋬?yōu)化具有更大的優(yōu)化效益，成為優(yōu)化領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。對(duì)于不同的問題，拓?fù)鋬?yōu)化具有不同的問題提法，其求解方法各異。因此，研究適用于所求解問題的合適的拓?fù)鋬?yōu)化的求解技術(shù)，快速開發(fā)出拓?fù)鋬?yōu)化的程序，意義重大。本文在總結(jié)分析了結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的理論體系、問題提法和求解方法的基礎(chǔ)上，研究了基于現(xiàn)有CAE軟件的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的實(shí)現(xiàn)技術(shù)以及程序系統(tǒng)。基于Strand7軟件實(shí)踐了所提出的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，并開發(fā)了基于Strand7的

2、拓?fù)鋬?yōu)化程序系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)基于均勻化方法和SIMP方法的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了消除棋盤效應(yīng)、網(wǎng)格依賴性等數(shù)值不穩(wěn)定性的方法。以該程序系統(tǒng)為平臺(tái)，研究了散熱結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化問題的提法、求解方法和程序?qū)崿F(xiàn)技術(shù)。主要研究?jī)?nèi)容和成果包括： 1.研究CAE軟件與優(yōu)化分析的連接技術(shù)，研究了拓?fù)鋬?yōu)化中有限元分析技術(shù)，分析了拓?fù)鋬?yōu)化與現(xiàn)有軟件的接口技術(shù)，比較了各種開發(fā)方法的優(yōu)點(diǎn)與不足，研究了基于Strand7作有限元分析工具的拓?fù)鋬?yōu)化實(shí)現(xiàn)技

3、術(shù)，通過Strand7API，成功實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化求解與Strand7有限元分析的連接，開發(fā)出可行的程序系統(tǒng)。 2.實(shí)現(xiàn)各種求解算法與數(shù)值問題的處理方法將數(shù)學(xué)規(guī)劃法中可行方向法，序列線性規(guī)劃法和序列二次規(guī)劃法與拓?fù)鋬?yōu)化集成，將針對(duì)SIMP方法的優(yōu)化準(zhǔn)則算法，應(yīng)用于拓?fù)鋬?yōu)化計(jì)算過程中，在算法上進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。分析拓?fù)鋬?yōu)化計(jì)算中常出現(xiàn)的多孔材料、棋盤格、網(wǎng)格依賴性、局部極值等數(shù)值計(jì)算不穩(wěn)定現(xiàn)象，程序?qū)崿F(xiàn)了一種能有效去除棋盤格式和多孔材料的過濾數(shù)

4、值算法。 3.實(shí)現(xiàn)不同優(yōu)化目標(biāo)為了深入拓展連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的應(yīng)用范圍，描述了基于結(jié)構(gòu)應(yīng)變能，互變能等為目標(biāo)的拓?fù)鋬?yōu)化模型，并以有限元分析軟件Strand7為基礎(chǔ)，充分利用其各種分析功能，實(shí)現(xiàn)多種載荷邊界條件，不同目標(biāo)類型的拓?fù)鋬?yōu)化。探討了最佳散熱問題的提法和求解方法，計(jì)算了各種實(shí)際算例，驗(yàn)證了所開發(fā)程序的有效性。 本文工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(10332010)、創(chuàng)新群體基金項(xiàng)目(10421202)、國(guó)家重點(diǎn)基