結構設計優化的案例
新書推薦(1)——《工程結構優化設計》
《工程結構優化設計》
蔡新 郭興文 張旭明 編著
序
（中國工程院院士吳中如）
由蔡新教授等編著的《工程結構優化設計》一書，即將由中國水利水電出版社出版，我很榮幸能閱讀原稿，并欣然應允為本書寫篇序言。
工程結構設計是建立結構方案的過程。隨著計算機軟硬件的飛速發展，借助于計算機，利用數學、力學等方法對工程結構進行最優化設計得到了廣泛的應用。結構優化設計與傳統結構設計均遵循相似的設計原則和設計過程。所不同的是傳統設計缺乏安全性和經濟性等衡量的標準；而最優設計是在明確結構的經濟性與安全性等指標下，結合計算機輔助設計，很方便地實現分析計算、設計、出圖等全過程的自動化，提高了設計效率和質量。
作者十多年來在水工結構工程、建筑與土木工程、港口航道工程、交通工程等領域做了大量的科研項目和工程項目。在結構優化設計的理論與方法及其應用研究方面取得了一大批成果，在總結研究成果的基礎上，吸收國內外優化理論成果，撰寫成此書。
本書首先詳細闡述了結構最優化設計的理論與方法，包括最優化設計的基本概念，優化準則法，無約束優化方法，線性規劃法，非線性規劃法，結構設計靈敏度分析等，還介紹了現代最新研究的不確定性優化方法，拓撲優化方法的概念，使讀者對“優化”這一概念有較全面的認識和理解。然后著重介紹了優化設計理論在實際工程中的應用。包括土木工程中鋼筋混凝土梁、柱及結構的優化設計；地下埋管結構的優化設計；水利工程中水庫大壩如重力壩、拱壩、土石壩，渡槽結構等的優化設計；港航交通工程中碼頭結構的優化設計等。針對不同的研究對象，建立合適的優化設計數學模型，選擇適當的優化方法，解決了多個工程的實際問題。因此本書既有詳細的理論方法內容，又有豐富的工程應用實例，是典型的理論聯系實際的著作。不僅具有較高的學術水平，而且具有重要的參考應用價值。
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基于HyperWorks的結構優化設計技術
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展開 工程結構優化設計
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『分享』工程結構優化設計(經典 錢令希先生的著作)
工程結構優化設計part1
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專用汽車結構拓撲優化設計及強度分析
專用汽車結構拓撲優化設計及強度分析
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基于多場耦合的電子裝備機箱結構優化設計
電子裝備機箱結構設計受到結構強度、通風散熱和電磁屏效三方面的約束。實際工作中的電子裝備受到 結構位移場、溫度場和電磁場的共同作用，它們都是機箱結構參數的函數。由于機箱的電磁場、溫度場和結構位 移場之間存在一定耦合關系，該文建立了電子裝備的多場耦合模型，并在此基礎上提出多場耦合的優化模型，可 用于實際機箱結構的優化設計。最后，將其應用于某電子設備機箱實物的結構優化設計，取得了滿意的結果。
基于多場耦合的電子裝備機箱結構優化設計.pdf
展開 基于MATLAB 與ANSYS 的結構優化設計
因此，將該方法應用于大型結構的優化設計還需要進一步的探索與驗證。
基于CAE技術的現代工程結構優化設計專題
（三）、結構設計領域的若干基本概念和常用優化方法
1、優化問題的提出：優化目標的選擇、設計變量的選擇、各類約束條件
2、設計搜索、可行域
3、全局優化與局部優化
4、不同層面的優化：截面優化、幾何優化、拓撲優化、類型優化
5、常用優化方法及計算機實現：等強度設計、等壽命設計、多目標優化設計、混合變量優化設計、多學科/多物理場優化、實用遺傳算法、響應面技術、Mesh Morph技術、魯棒性設計
（四）、優化設計的流程搭建與實施過程
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1、從實際工程中提煉優化課題
2、制定結構優化分析方案（編制優化算法流程框圖）
3、優化迭代、方案比選、設計定型
（五）、其他專題雜項
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1、與設計規范結合的考慮
2、與工藝及制造相結合的考慮?
3、優化設計思想的其他應用場合
（六）、實踐案例教學
?工程結構優化分析及設計案例
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展開 2018年不確定性結構分析與優化設計專題學術研討會在哈爾濱召開
“2018年不確定性結構分析與優化設計專題學術研討會”于2018年9月15-16日在哈爾濱召開。本次會議由哈爾濱工業大學呂大剛研究團隊承辦。來自北京航空航天大學、電子科技大學、同濟大學、大連理工大學、南京航空航天大學、哈爾濱工業大學、華中科技大學等多個院校30余人參會。會議共邀請12位專家分別針對各自研究領域，圍繞“不確定性結構分析與優化設計”這一會議主題，對各自的研究成果進行了較為全面的匯報和討論，內容涵蓋了土木工程、機械工程、海洋工程和航空航天工程等多個研究領域。本次會議地特邀報告內容比較深入全面，報告后的學術討論較為充分，參會人員都從中獲得了較好的學術體驗。本次會議的成功召開，將很好地激發我國在不確定性結構分析與優化設計相關領域研究人員地科研熱情，推動我國在“不確定性結構分析與優化設計”相關領域的研究發展。
來源：中國力學學會
展開 向大家推薦一個CAE的工程結構優化設計培訓
（二）、結構優化分析建模實務
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1、參數驅動的建模思想；
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2、常用CAE程序建模能力概述；
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3、幾何簡化、修補及編輯應遵循的基本原則及實現方法；
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4、結構類型：SOLID、SHELL、SOLID-SHELL、BEAM、LINK、Spring、Damper
? 5、建立優化材料庫；
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6、邊界條件及載荷工況；
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7、常用結構分析方法及軟件實現（Strength、Fatigue、Vibration…）。
（三）、結構設計領域的若干基本概念和常用優化方法
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1、優化問題的提出：優化目標的選擇、設計變量的選擇、各類約束條件
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2、設計搜索、可行域
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3、全局優化與局部優化
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4、不同層面的優化：截面優化、幾何優化、拓撲優化、類型優化
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5、常用優化方法及計算機實現：等強度設計、等壽命設計、多目標優化設計、混合變
量優化設計、多學科/多物理場優化、實用遺傳算法、響應面技術、Mesh Morph技術、魯棒性設計
（四）、優化設計的流程搭建與實施過程
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1、從實際工程中提煉優化課題
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2、制定結構優化分析方案（編制優化算法流程框圖）
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3、優化迭代、方案比選、設計定型
（五）、其他專題雜項
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1、與設計規范結合的考慮
2、與工藝及制造相結合的考慮
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3、優化設計思想的其他應用場合
（六）、實踐案例教學
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工程結構優化分析及設計案例
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張琳 1368-367-2191
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OptiStruct結構優化技術在航空結構設計中的應用
OptiStruct結構優化技術在航空結構設計中的應用
作者：Simwe 來源：Altair
“我們對某航空產品支架進行靜態分析，并在此基礎上完成拓撲優化分析。根據優化分析結果對原結構進行修改，對改進后的結構進行靜態分析。結果表明，應用OptiStruct結構優化技術，不僅能夠極大地降低產品的重量，而且對于改善產品的力學性能也具有積極的促進作用?！? —— 摘自 2010HTC大會用戶論文
簡介
利用Altair HyperWorks結構優化工具OptiStruct對某航空產品支架進行拓撲優化分析，并結合其強大的前處理軟件HyperMesh、后處理軟件HyperView以及通用仿真分析軟件RADIOSS對優化前后的產品進行分析，從應力、變形、重量等方面對計算結果進行比較、總結。結果表明優化創新設計工具OptiStruct在改善機械產品性能、提高設計工作效率方面具有非常重要的作用，對航空產品設計及優化具有借鑒意義。
挑戰
以有限元法為基礎的結構優化設計工具已經被廣泛而深入地應用到各行各業，在航空航天、汽車、機械等領域取得了大量革命性的成功應用。對于航空產品來說，重量是衡量產品性能一個非常重要的指標。如何降低產品重量，同時提高產品性能成為目前航空設計人員關注的重要問題之一。
慶安集團在進行某航空產品支架的設計中，需要對其結構進行優化設計，以降低產品的重量。
首先應用RADIOSS進行求解，得到支架上最大應力為21.6MPa，且僅出現在支架局部區域，而其余部分應力都較小，如圖3-5所示。
根據以上分析可知，其最大應力遠遠小于材料的屈服強度，進行結構減重的潛力很大。
展開 結構優化設計簡介
拓撲優化按研究的結構對象可分為兩大類：離散體結構拓撲優化，如桁架、剛架、加強筋板、膜等骨架結構及它們的組合；連續體結構拓撲優化，如二維板殼、三維實體。
離散結構拓撲優化的歷史可以追溯到1904年由Michell提出的桁架理論，Michell的理論只能用于單工況并依賴于選擇適當的應變場。其后陸續提出了一些優化方法，其中最有代表性的是Dorn、Gomory和Greenberg等提出的基結構方法（Ground structure approach）?；?em>結構方法克服了Michell桁架理論的不適應性，將數值方法引入結構優化領域，建立由結構節點、載荷作用點和支撐點組成的節點集合，集合中的所有節點之間用桿件連接，形成所謂的基結構，以基結構作為初始設計，以桿件面積作為設計變量，采用優化算法優化桿件面積。20世紀60年代初Schmit將結構優化問題表述為數學規劃問題，并采用數學規劃算法求解，成為結構優化領域的一個重要里程碑。包括桁架結構優化在內的離散結構拓撲優化已比較成熟，國內外已有很多深入的研究和文獻。
近年來連續體結構拓撲優化理論得到了較快發展，是結構優化領域研究的難點和熱點問題。連續體結構優化按照設計變量的類型和求解問題的難易程度可分為尺寸優化（尺寸變量）、形狀優化（形狀變量）、和拓撲優化（拓撲變量）三個層次，分別對應于三個不同的產品設計階段，即詳細設計、基本設計及概念設計三個階段。
結構優化設計簡介.pdf
展開 一種電機軸螺桿加工專用的數控銑床機械結構系統優化設計
基于其實際工況進行靜態、動態特性分析，綜合考慮各階模態重要程度，初定設計變量的尺寸變化范圍，采用 Box?Behnken 試驗法和靈敏度分析確定各設計變量對輸出參數（質量、位移、固有頻率）的影響程度，選出靈敏度較高的設計參數，建立響應曲面模型。以質量最小、位移最小、固有頻率最高為目標函數，采用篩選法進行多目標參數優化，獲得最優結構參數。機床床身結構優化分析圖如圖1示。
圖1 床身結構優化分析圖
2、結語
課題組提出了螺桿專用的數控銑床機械結構系統優化設計理論及其配套系統結構的設計是實現集成型旋銑機床全自動加工的決定因素，其設計的合理性將直接影響旋銑裝備的加工性能、生產效率和加工精度，是解決現有電機軸螺桿旋銑設 備生產工藝周期長、加工穩定性差、集成度低等問題的關鍵。課題組開發了一種新的連續送料自動加工工藝，設計并優化了與工藝策略高度匹配的關鍵功能結構。設計實現電機軸螺桿的全自動化加工，有望縮短工藝生產周期，提升生產效率，且整機結構設計穩定緊湊、占地面積小、集成度高。
來源：
作者：陳聰1 ，王貽誠3 ，鄭雪飛1 ，邵思程2 ，陳建新1 ，王勝2 ，朱勤1
（1. 浙江赫科智能裝備有限公司2. 衢州職業技術學院 3. 衢州賦騰科技有限公司）
展開 飛機控制面結構優化設計
飛機控制面結構優化設計.docx
飛機控制面結構優化設計
1. 設計對象
1.1 模型描述
設計對象為飛機控制面結構，結構如下圖1所示，模型長1220mm,寬426-470mm，有6個接頭與其他部件連接；結構蒙皮上側為不可設計域（圖1中黃色區域所示），以保持結構外形完整性；結構接頭為不可設計域（圖1中紫色區域所示），以確保裝配要求。結構其余部位為可設計區域（圖1中綠部分）。
圖1飛機氣動控制面結構
1.2 邊界條件
在6個接頭孔的內表面施加約束，接頭位置如圖1所示。1接頭約束X、Y方向位移，2接頭約束X、Y、Z方向位移，3接頭約束X、Z方向位移，4接頭約束X、Z方向位移，5接頭約束X、Z方向位移，6接頭約束X方向位移。
結構在蒙皮上側施加20000Pa的均布載荷，施加面如圖1中黃色部分所示，方向垂直于表面向下。
1.3 材料描述
蒙皮材料為鋁合金，其余材料為鈦合金，具體采用的材料參數如下表1-2所示。
表1 鈦合金性能
密度 4500 Kg/m3
抗拉強度 900 MPa
壓縮強度 880 MPa
彈性模量 108 GPa
泊松比 0.33
表2 鋁合金性能
密度 2760 Kg/m3
抗拉強度 450 MPa
壓縮強度 270 MPa
彈性模量 68 GPa
泊松比 0.33
2. 網格劃分
分析采用Hypermesh-OptiStruct進行，網格模型如下圖2所示，采用3D網格劃分，網格模型雅各比系數大于0.41。
圖2網格模型
位移邊界條件借助1D單元進行約束，細節如圖2放大區域所示，載荷邊界條件如下圖所示，在蒙皮上表面施加壓力載荷。
圖3載荷邊界條件
3.
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