结构优化导重法迭代步长的自动选取研究与结构自动优化软件SOGA1研制

论文摘要

基于前人结构优化理论与方法研究成果,从工程应用实际出发,本文研究实现求解结构优化导重准则方程组中步长因子的自动选取,研制了以ANSYS为分析器以导重法为优化器的结构自动优化软件SOGA1,使该结构优化软件实现了完全自动化,进一步提高了结构优化导重法的实用性。在求解结构优化导重准则方程组的步长因子法中,步长因子的自动选取是一个较难解决的问题,本文通过大量试算,构造了一个由结构优化最优性指标计算步长因子的公式,实现了步长因子的自动选取,减少了求解结构优化导重准则方程组的计算工作量,加快了结构优化迭代速度,进一步提高了结构优化导重法的实用性。本文还利用ANSYS的各种数据接口文件,实现了优化模块、分析模块和差分敏度计算数据交流的自动化,从而将ANSYS分析器与结构优化导重法有机集成,充分发挥出ANSYS与导重法两者的长处,形成了一个高效实用的结构优化软件SOGA1。通过对多个工程结构进行优化的应用算例,验证了该软件的可行性与优越性。该软件的优化模型还采用了变量与函数归一化、同类性态函数包络化等处理方法,提高该软件的通用性与实用性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 结构优化的概念及其研究意义
• 1.3 结构优化方法的发展与现状
• 1.4 优化软件的发展历程
• 1.5 本文的工作
• 1.5.1 问题的提出
• 1.5.2 本文的工作
• 第二章 结构优化导重法简介和数学模型处理
• 2.1 结构优化设计数学模型
• 2.2 导重法介绍
• 2.2.1 单性态约束情况的导重法
• 2.2.2 多性态约束情况的导重法
• 2.2.3 库恩—塔克乘子的求法
• 2.2.4 导重的意义与迭代控制
• 2.3 数学模型的处理
• 2.3.1 设计变量的归一化
• 2.3.2 包络函数
• 第三章 步长因子自动迭代研究
• 3.1 结构优化导重法迭代算法的进步
• 3.1.1 结构优化导重法与直接迭代步长因子法
• 3.1.2 结构最优性指标
• 3.2 结构最优性指标与步长因子关系的研究
• 3.2.1 最优性指标与步长因子关系的确定
• 3.2.2 公式的适用性
• 3.3 算例数据
• 3.3.1 10杆平面桁架结构
• 3.3.2 25杆空间桁架结构
• 3.3.3 小结
• 第四章 ANSYS软件及其数据文件
• 4.1 ANSYS软件简介
• 4.2 ANSYS中的优化设计
• 4.2.1 基本概念
• 4.2.2 优化方法
• 4.3 ANSYS的二次开发工具
• 4.4 ANSYS的数据文件格式
• 第五章 以ANSYS为分析器的结构优化软件SOGA1的研制
• 5.1 SOGA软件现状
• 5.2 SOGA1软件的研制
• 5.3 SOGA1软件的总体设计
• 5.3.1 结构分析模块
• 5.3.2 敏度分析模块
• 5.3.3 优化迭代模块
• 5.3.4 主控程序
• 5.4 程序结构
• 5.5 软件使用指南
• 5.6 SOGA1软件特点
• 第六章 算例
• 6.1 NZ5151ZYS型压缩垃圾车（分段弧线截面车型）
• 6.2 NZ5151ZYS型压缩垃圾车（椭圆截面车型）
• 6.3 拉臂式垃圾车
• 6.4 小结
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表学术论文