基于改進(jìn)BESO算法的多尺度多相材料并行優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、本文在分析傳統(tǒng)雙向漸進(jìn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法（Bi-directional evolutionary structural optimization，簡稱BESO）存在不足的基礎(chǔ)上，針對性的對數(shù)值計算進(jìn)行了合理的改進(jìn)。并在此基礎(chǔ)上分別對宏觀結(jié)構(gòu)、微結(jié)構(gòu)優(yōu)化、材料/結(jié)構(gòu)一體化等相關(guān)問題進(jìn)行了多尺度、多相復(fù)合材料布局及拓?fù)鋬?yōu)化等層次系統(tǒng)地研究。
　　主要研究內(nèi)容是：1)通過對傳統(tǒng)BESO的數(shù)值計算方法合理的改進(jìn)，對解的合理性進(jìn)行了深入的討論與論

2、證，給出了重要參數(shù)選取區(qū)間的合理建議，對實(shí)際工程應(yīng)用具有較好的指導(dǎo)意義。2)引入懲罰指數(shù)材料插值方案的改進(jìn)靈敏度有效的解決多相材料分布優(yōu)化和材料/結(jié)構(gòu)一體化優(yōu)化問題，結(jié)合相關(guān)算例分析驗(yàn)證了優(yōu)化結(jié)果的合理性。3)在改進(jìn)BESO方法基礎(chǔ)上提出了以結(jié)構(gòu)宏觀性能為目標(biāo)函數(shù)，建立材料微觀結(jié)構(gòu)形狀與宏觀結(jié)構(gòu)材料彈性張量之間的聯(lián)系，集成宏觀結(jié)構(gòu)所得到的位移場，推導(dǎo)出帶有宏觀結(jié)構(gòu)力學(xué)特性的微觀敏度。該方法在極小尺度周期性排列的材料微結(jié)構(gòu)胞元優(yōu)化設(shè)計過程

3、中，無論是拓?fù)鋬?yōu)化還是多相材料布局優(yōu)化都能得到邊界清晰、受力合理的優(yōu)化結(jié)果。4)充分考慮微觀尺度和宏觀尺度的關(guān)聯(lián)性，將材料微結(jié)構(gòu)胞元設(shè)計和宏觀結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化相結(jié)合，建立周期性復(fù)合材料構(gòu)型及結(jié)構(gòu)一體化優(yōu)化設(shè)計方法。并通過倒 L形梁優(yōu)化結(jié)果和理論分析的比較，驗(yàn)證本文提出方法的有效性。5)在一體化優(yōu)化方法的基礎(chǔ)上，建立周期性多相材料微結(jié)構(gòu)布局及宏觀結(jié)構(gòu)拓?fù)洳l(fā)優(yōu)化方法的一般規(guī)律，并以典型算例為基礎(chǔ)對本文所提方法進(jìn)行了合理性驗(yàn)證。取有差異的宏觀初

4、始有限元模型和不同微觀胞元初始有限元模型研究了宏觀、微觀初始模型對優(yōu)化結(jié)果的影響。6)編寫第三方插件，將MATLAB數(shù)值計算、符號計算與ABAQUS有限元計算進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。通過軟件提供的內(nèi)置并行結(jié)構(gòu)，考慮并行架構(gòu)、各作業(yè)間存在邏輯關(guān)系和job運(yùn)行狀態(tài)，建立不同軟件之間協(xié)同作用數(shù)據(jù)交換平臺的并行計算開發(fā)。
　　本文的創(chuàng)新點(diǎn)主要有：
　　1、建立合理的材料等效彈性模量的求解方程，并將其轉(zhuǎn)換為有限元形式，利用ABAQUS提供的線性

5、攝動步功能，用分析步求解線彈性問題，從而基于現(xiàn)有強(qiáng)大的商業(yè)軟件實(shí)現(xiàn)從微觀到宏觀的等效性能求解。
　　2、以結(jié)構(gòu)宏觀性能為目標(biāo)函數(shù)，建立材料微觀結(jié)構(gòu)形狀與宏觀結(jié)構(gòu)材料彈性張量之間的聯(lián)系，集成宏觀結(jié)構(gòu)所得到的位移場，推導(dǎo)出帶有宏觀結(jié)構(gòu)力學(xué)特性的微觀敏度。實(shí)現(xiàn)對極小尺度周期性排列的材料微結(jié)構(gòu)胞元進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化和多相材料布局優(yōu)化設(shè)計。
　　3、按照材料屬性排序引入材料插值函數(shù)依次進(jìn)行靈敏分析，建立周期性多相材料微結(jié)構(gòu)布局及宏觀結(jié)構(gòu)拓?fù)?/p>