基于SiPESC結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化幾類(lèi)問(wèn)題的研究及軟件設(shè)計(jì).pdf

1、經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外學(xué)者多年來(lái)的深入研究，結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的理論及其方法不斷成熟和完善，逐漸成為工程優(yōu)化設(shè)計(jì)的有力工具之一，許多商用CAE軟件都相繼集成了結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化功能模塊。但是考慮到大多數(shù)商用軟件受其自身私密性和滯后性的限制，開(kāi)放性不足，無(wú)法及時(shí)地將最新的研究成果在實(shí)際工程應(yīng)用中推廣，SiPESC平臺(tái)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種具有良好的開(kāi)放性和可擴(kuò)展性，并且支持多人、多組織協(xié)同開(kāi)發(fā)的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化子系統(tǒng)SiPESC.TOPO，不但可以滿(mǎn)足用戶(hù)科研的需求，

2、而且適合于工程實(shí)際應(yīng)用。
　　本文針對(duì)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化中幾類(lèi)問(wèn)題的理論和算法，包括考慮制造約束和工程需求的變量連接算法、考慮屈曲響應(yīng)的拓?fù)鋬?yōu)化問(wèn)題以及考慮應(yīng)力約束的拓?fù)鋬?yōu)化問(wèn)題，研究探討了它們的理論基礎(chǔ)和數(shù)值算法，并基于結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化軟件子系統(tǒng)SiPESC.TOPO，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的插件，進(jìn)一步完善了軟件系統(tǒng)的功能。
　　在傳統(tǒng)的拓?fù)鋬?yōu)化列式中引入變量連接概念，建立了新的拓?fù)鋬?yōu)化列式，并推導(dǎo)了其靈敏度公式。新的拓?fù)鋬?yōu)化列式不但能夠有效

3、地解決制造約束和工程需求問(wèn)題，而且減少了優(yōu)化設(shè)計(jì)變量，縮小了計(jì)算規(guī)模?；诮Y(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化子系統(tǒng)SiPESC.TOPO的開(kāi)放性設(shè)計(jì)框架，采用工廠(chǎng)模式和“算法+模式”設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)了開(kāi)放式的變量連接算法框架，實(shí)現(xiàn)了不同算法的動(dòng)態(tài)選擇與替換，并且給用戶(hù)留下了二次開(kāi)發(fā)接口。考慮到工程實(shí)際中屈曲破壞的重要性，基于國(guó)內(nèi)外學(xué)者在屈曲優(yōu)化方面的研究基礎(chǔ)上，建立考慮線(xiàn)性屈曲響應(yīng)的連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化模型，給出了線(xiàn)性屈曲特征值的靈敏度計(jì)算公式的詳細(xì)推導(dǎo)過(guò)程，并

4、在拓?fù)鋬?yōu)化軟件子系統(tǒng)SiPESC.TOPO上實(shí)現(xiàn)和拓展了屈曲響應(yīng)拓?fù)鋬?yōu)化功能模塊。進(jìn)一步考慮到應(yīng)力強(qiáng)度要求在實(shí)際工程問(wèn)題中的普遍性，本文開(kāi)展了應(yīng)力約束拓?fù)鋬?yōu)化研究工作，主要針對(duì)應(yīng)力約束的“奇異解現(xiàn)象”和大計(jì)算規(guī)模問(wèn)題。具體工作是基于Mises準(zhǔn)則建立應(yīng)力響應(yīng)拓?fù)鋬?yōu)化模型，推導(dǎo)了靈敏度計(jì)算公式，并在SiPESC.TOPO上實(shí)現(xiàn)和拓展了應(yīng)力響應(yīng)拓?fù)鋬?yōu)化功能模塊。
　　本文通過(guò)多種不同的算例驗(yàn)證了變量連接算法理論及框架、屈曲響應(yīng)拓?fù)鋬?yōu)化