拓扑优化(TO)越来越多地用于辅助汽车，航空航天和生物医学领域的金属零件制造。在土木工程结构中也观察到类似的趋势，特别是在代表关键钢结构部件的钢结构接缝中。然而，在结构工程中广泛采用钢构件的技术一直受到遵守规范要求的困难和在实际、异构和复杂情况下使用尖端软件的挑战的阻碍。为了填补这一研究空白，在目前的研究中开发了一种方法，以在To过程中实施欧洲规范3的要求。对钢梁段间螺栓连接的腹板进行了非线性有限元分析(NLFEA)，以验证该方法的符合性。结果表明，在保持连接原始容量的情况下，可以将板的初始体积减小87.5%。此外，研究发现，在不影响原板容量的情况下，初始体积可以减少20%，在确保极限塑性位移大于原板的情况下，初始体积可以减少60%。基于广泛的屈曲分析，临界载荷超过极限载荷9.3倍至12.4倍，从而确保了优异的稳定性性能。研究结果表明，NLFEA验证是实现实际符合规范的优化钢节点的关键步骤，并且线弹性TO不能满足安全要求。此外，关于(极度)优化部件的稳定性和延展性的令人鼓舞的发现表明，TO用于设计钢连接是适当的。拓扑优化解决方案的体积显著减少，有助于钢结构的脱碳目标。
本文报告的研究计划解决了钢结构接缝中TO的缺乏主动性，无论是学术还是专业。从这个意义上说，调节约束的存在和这些节点的内在非线性行为被确定为阻碍在该工程领域推广TO的两个决定性因素。为了解决这两个障碍，设想了一种能够将必要的过程以一致和经过验证的顺序集成的方法。为此，最重要的是在非优化区域的概念下综合几个顺序的约束，并使用物理非线性分析作为优化过程的固有部分引入验证。该方法可以被视为目前缺少的资源，以利用集成到基于fem的软件包中的to工具来进行钢连接的详细设计。因此，预计将产生重大的实际影响。使用了结构欧洲代码相关部分定义的监管集，尽管提议的方法是通用的，并且其他几个规范性文件，只要它们是全面和连贯的，可以在不修改方法基础思想的情况下使用。值得注意的是，开发的方法确保在to过程中符合标准，将实际需求、强度要求和稳定性条件结合到几何条件中，创建框架以优化不同负载条件下的连接。这样的特性对于确保大型sca至关重要通过对一个经过充分研究的带接头的钢弯矩连接的实际应用，演示了为土木工程项目操作一个全面的软件解决方案。研究结果表明，在不损失极限抗剪能力的情况下，将原板体积减小20%左右是可能的。这支持了初始体积减小与普通钢结构部件无结构意义的材料。这也表明，目前的连接设计不是很有效。此外，在原板体积减少87.5%的情况下，受螺栓阻力限制的连接抗剪能力得以保持。根据90%至10%体积分数的每次优化所获得的临界与极限载荷的比率，已经发现优化的拓扑结构在剪切载荷下没有显示出更高的屈曲合理性。这是自屈曲以来的重要结论零件拓扑优化是该领域的一个重要问题本研究设想的实际结果是，体积的显著减少与原材料消耗的减少、连接重量的减少有关——这对促进组装和减轻运输负担有影响——以及与制造有关的环境参数，如二氧化碳排放和能源消耗。同样重要的是要注意，对于体积分数在40%到90%之间的优化板，相对于原始板，塑性变形能力增加了，这对结构行为特别重要。值得注意的是，体积分数为60%至80%的溶液将零件的塑性变形能力提高到原来溶液的两倍。这项研究最重要的局限性在于它的数值性质。实验证据可以加强本文描述的发现或其他。因此，目前正在进行一项实验性方案。这将使未来的数值模型得到更好的改进和校准。此外，这将允许对其他螺栓布置、螺栓间距或孔直径进行参数化研究。此外，人们应该记住，即使当前方法的发展作为一个无所不在的目标具有适用性，并且创造了实现这一目标的工具，当涉及到工业应用时，也应该进行广泛的分析。在实际情况中，不仅连接部件的优化是相关的，而且整个连接和整体结构的性能、可建造性和成本也是相关的。利用本文提出的方法，可以将制造约束、资源和偏好等更广泛的准则综合到算法的几何约束中。资金。这项研究没有得到外部资助。
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