拓扑~桁架结构进化拓扑优化方法

文摘   2025-01-21 21:01   江苏  



摘要


本文提出了一种新的拓扑优化方法和一个全面的工作流程。它首先讨论了桁架拓扑优化的实际设计要求,然后介绍了一种创建适合复杂几何形状的任意形状地面结构的技术。为了解决目前桁架优化方法的局限性,我们提出了一种双材料桁架双向进化结构优化(DMT-BESO)方法。这种方法利用了两种在拉伸和压缩许用应力和弹性模量方面有显著差异的材料。DMT-BESO方法将最小能量原理与全应力设计准则相结合,以条形横截面积作为设计变量,同时实现拓扑和尺寸优化。通过考虑应力约束,这种方法确保了符合行业标准,提高了安全性和材料利用率。此外,还提出了一种结构复杂性控制策略,以产生接近最优的桁架设计,并在保持效率的同时简化优化设计,使其更适合实际应用。通过数值计算和复合材料拱桥的设计,验证了DMT-BESO方法及其复杂度控制策略的有效性。


研究亮点




结论


本文提出了一种新的进化拓扑优化方法方法采用双材料桁架BESO(DMT-BESO),同时使用两种具有不同拉伸和压缩性能的材料对桁架结构进行优化。我们可以得出以下结论:
(3)DMT-BESO方法采用最小能量原理和全应力设计准则,同时实现了拓扑结构和尺寸优化,同时应力约束保证了符合行业标准,提高了安全性和材料效率。(4)DMT-BESO方法的有效性及其结构复杂性控制策略的有效性,已通过多个数值实例验证,包括复合材料拱桥的设计,证明了其提供高效和实用的桁架结构的能力。(1)桁架拓扑优化的实际设计考虑包括可制造性、简单性、材料效率、特定的约束条件和与现有工作流的平滑集成。在理论优化和实际实施之间的平衡需要一个全面的方法。(2)利用蚱蜢和犀牛的参数化能力,开发了一种生成任意形状地面结构的新方法。Abaqus、蚱蜢和Python的集成便于处理复杂的几何图形和解决实际的工程问题。

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拓扑优化 创新设计
拓扑优化是一种工程设计方法,通过重新排列材料的形状和位置,来实现结构更轻、更强、更稳定的目的。这种方法可以减少材料使用,提高结构性能,广泛应用于航空航天、汽车和建筑设计等领域。
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