关键词:
结构拓扑优化
ICM方法
两步求解途径
线性映射
非线性映射
位移约束的体积极小化问题
摘要:
本文基于结构拓扑优化的ICM(独立、连续和映射的简称)方法,发展出了双映射接力运作的求解途径,因“双”的英文简称为B,故称之为B-ICM求解途径.该途径由两步组成:第一步是L(线性)映射作用于结构拓扑优化问题,使之成为离散模型,然后构造了约束函数;第二步是NL(非线性)映射作用于离散模型,使之成为连续模型,同时实现了单元拓扑变量由离散到连续的转换过程.以往ICM方法的求解途径中,上述第一步只是起到理论推导的作用,构造约束函数同其它建模与求解等算法均包含在第二步里,因此属于“一步求解”途径.B-ICM虽然属于“两步求解”途径,但是优化模型寻优仍然沿用ICM方法惯用的序列对偶二次规划算法.本文以位移约束的体积极小化结构拓扑优化问题为例,示例了上述建模及求解过程.单载荷工况和多载荷工况的算例,均印证了本文的研究实现了预期构想,与目前旨在得到清晰拓扑的3种方法(1、考虑Heaviside投影的SIMP方法;2、浮动投影拓扑优化<简称为FPTO>方法;3、非惩罚的光滑边界材料分布拓扑优化<简称为SEMDOT>方法),以及ICM方法以往的求解途径,进行了迭代次数、清晰程度、寻优能力等方面的对比,结果表明B-ICM求解途径表现最好.本文研究不仅丰富了ICM方法建模策略,推动了ICM方法求解途径的完善,也为解决模糊边界问题提供了一种优越的做法.过往的连续体结构拓扑优化求解,因消除棋盘格和网格依赖性问题而采取的过滤操作导致最优拓扑构型产生模糊边界,而且过滤半径越大,则边界越模糊.本文克服了这些令人堪忧的问题,可以成功地得到最优拓扑构型的清晰边界.值得提及的是,本文研究的关键技术,可以移植到包括变密度方法等所有连续变量优化的方法中.