結構優(yōu)化與設計的案例
新書推薦(1)——《工程結構優(yōu)化設計》
《工程結構優(yōu)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(yōu)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(fā)展，借助于計算機，利用數(shù)學、力學等方法對工程結構進行最優(yōu)化設計得到了廣泛的應用。結構優(yōu)化設計與傳統(tǒng)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(tǒng)設計缺乏安全性和經(jīng)濟性等衡量的標準；而最優(yōu)設計是在明確結構的經(jīng)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(xiàn)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(yōu)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(nèi)外優(yōu)化理論成果，撰寫成此書。
本書首先詳細闡述了結構最優(yōu)化設計的理論與方法，包括最優(yōu)化設計的基本概念，優(yōu)化準則法，無約束優(yōu)化方法，線性規(guī)劃法，非線性規(guī)劃法，結構設計靈敏度分析等，還介紹了現(xiàn)代最新研究的不確定性優(yōu)化方法，拓撲優(yōu)化方法的概念，使讀者對“優(yōu)化”這一概念有較全面的認識和理解。然后著重介紹了優(yōu)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(yōu)化設計；地下埋管結構的優(yōu)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(yōu)化設計；港航交通工程中碼頭結構的優(yōu)化設計等。針對不同的研究對象，建立合適的優(yōu)化設計數(shù)學模型，選擇適當?shù)?em>優(yōu)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(nèi)容，又有豐富的工程應用實例，是典型的理論聯(lián)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(yōu)化設計技術
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『分享』工程結構優(yōu)化設計(經(jīng)典 錢令希先生的著作)
工程結構優(yōu)化設計part1
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結構優(yōu)化設計簡介
拓撲優(yōu)化按研究的結構對象可分為兩大類：離散體結構拓撲優(yōu)化，如桁架、剛架、加強筋板、膜等骨架結構及它們的組合；連續(xù)體結構拓撲優(yōu)化，如二維板殼、三維實體。
離散結構拓撲優(yōu)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?shù)膽儓觥Ｆ浜箨懤m(xù)提出了一些優(yōu)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）。基結構方法克服了Michell桁架理論的不適應性，將數(shù)值方法引入結構優(yōu)化領域，建立由結構節(jié)點、載荷作用點和支撐點組成的節(jié)點集合，集合中的所有節(jié)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(yōu)化算法優(yōu)化桿件面積。20世紀60年代初Schmit將結構優(yōu)化問題表述為數(shù)學規(guī)劃問題，并采用數(shù)學規(guī)劃算法求解，成為結構優(yōu)化領域的一個重要里程碑。包括桁架結構優(yōu)化在內(nèi)的離散結構拓撲優(yōu)化已比較成熟，國內(nèi)外已有很多深入的研究和文獻。
近年來連續(xù)體結構拓撲優(yōu)化理論得到了較快發(fā)展，是結構優(yōu)化領域研究的難點和熱點問題。連續(xù)體結構優(yōu)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(yōu)化（尺寸變量）、形狀優(yōu)化（形狀變量）、和拓撲優(yōu)化（拓撲變量）三個層次，分別對應于三個不同的產(chǎn)品設計階段，即詳細設計、基本設計及概念設計三個階段。
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展開 基于CAE技術的現(xiàn)代工程結構優(yōu)化設計專題
（三）、結構設計領域的若干基本概念和常用優(yōu)化方法
1、優(yōu)化問題的提出：優(yōu)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(yōu)化與局部優(yōu)化
4、不同層面的優(yōu)化：截面優(yōu)化、幾何優(yōu)化、拓撲優(yōu)化、類型優(yōu)化
5、常用優(yōu)化方法及計算機實現(xiàn)：等強度設計、等壽命設計、多目標優(yōu)化設計、混合變量優(yōu)化設計、多學科/多物理場優(yōu)化、實用遺傳算法、響應面技術、Mesh Morph技術、魯棒性設計
（四）、優(yōu)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(yōu)化課題
2、制定結構優(yōu)化分析方案（編制優(yōu)化算法流程框圖）
3、優(yōu)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(guī)范結合的考慮
2、與工藝及制造相結合的考慮?
3、優(yōu)化設計思想的其他應用場合
（六）、實踐案例教學
?工程結構優(yōu)化分析及設計案例
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展開 專用汽車結構拓撲優(yōu)化設計及強度分析
專用汽車結構拓撲優(yōu)化設計及強度分析
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向大家推薦一個CAE的工程結構優(yōu)化設計培訓
（二）、結構優(yōu)化分析建模實務
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1、參數(shù)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(xiàn)方法；
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4、結構類型：SOLID、SHELL、SOLID-SHELL、BEAM、LINK、Spring、Damper
? 5、建立優(yōu)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(xiàn)（Strength、Fatigue、Vibration…）。
（三）、結構設計領域的若干基本概念和常用優(yōu)化方法
?
1、優(yōu)化問題的提出：優(yōu)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(yōu)化與局部優(yōu)化
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4、不同層面的優(yōu)化：截面優(yōu)化、幾何優(yōu)化、拓撲優(yōu)化、類型優(yōu)化
?
5、常用優(yōu)化方法及計算機實現(xiàn)：等強度設計、等壽命設計、多目標優(yōu)化設計、混合變
量優(yōu)化設計、多學科/多物理場優(yōu)化、實用遺傳算法、響應面技術、Mesh Morph技術、魯棒性設計
（四）、優(yōu)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(yōu)化課題
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2、制定結構優(yōu)化分析方案（編制優(yōu)化算法流程框圖）
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3、優(yōu)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(guī)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(yōu)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(yōu)化分析及設計案例
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展開 基于多場耦合的電子裝備機箱結構優(yōu)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(shù)的函數(shù)。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(yōu)化模型，可 用于實際機箱結構的優(yōu)化設計。最后，將其應用于某電子設備機箱實物的結構優(yōu)化設計，取得了滿意的結果。
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展開 OptiStruct結構優(yōu)化技術在航空結構設計中的應用
OptiStruct結構優(yōu)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(chǎn)品支架進行靜態(tài)分析，并在此基礎上完成拓撲優(yōu)化分析。根據(jù)優(yōu)化分析結果對原結構進行修改，對改進后的結構進行靜態(tài)分析。結果表明，應用OptiStruct結構優(yōu)化技術，不僅能夠極大地降低產(chǎn)品的重量，而且對于改善產(chǎn)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(yōu)化工具OptiStruct對某航空產(chǎn)品支架進行拓撲優(yōu)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(yōu)化前后的產(chǎn)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(yōu)化創(chuàng)新設計工具OptiStruct在改善機械產(chǎn)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(chǎn)品設計及優(yōu)化具有借鑒意義。
挑戰(zhàn)
以有限元法為基礎的結構優(yōu)化設計工具已經(jīng)被廣泛而深入地應用到各行各業(yè)，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(chǎn)品來說，重量是衡量產(chǎn)品性能一個非常重要的指標。如何降低產(chǎn)品重量，同時提高產(chǎn)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(chǎn)品支架的設計中，需要對其結構進行優(yōu)化設計，以降低產(chǎn)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(xiàn)在支架局部區(qū)域，而其余部分應力都較小，如圖3-5所示。
根據(jù)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 
基于MATLAB 與ANSYS 的結構優(yōu)化設計
因此，將該方法應用于大型結構的優(yōu)化設計還需要進一步的探索與驗證。
結構動力修改及優(yōu)化設計（PDF文檔）
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01經(jīng)典書籍
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2018年不確定性結構分析與優(yōu)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(yōu)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(yè)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(yè)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(yōu)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(nèi)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(nèi)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(fā)我國在不確定性結構分析與優(yōu)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(yōu)化設計”相關領域的研究發(fā)展。
來源：中國力學學會
展開 上海交通大學——復合材料蜂窩夾層板結構的多工況優(yōu)化設計研究
復合材料蜂窩夾層板結構的多工況優(yōu)化設計研究
夏利娟 余音 金咸定 上海交通大學 船舶與海洋工程學院結構力學研究所
摘要：以復合材料蜂窩夾層板結構作為研究對象，建立了多工況優(yōu)化模型，對眾多的材料設計變量進行必要的取舍，通過優(yōu)化分析確定復合材料蜂窩夾層板面板個分層的厚度以及蜂窩芯層的厚度等，使結構滿足相應的頻率約束、屈曲約束，以及強度約束、位移約束和尺寸限制等，同時達到結構得重量最輕。采用序列二次規(guī)劃法對某衛(wèi)星的承力筒結構進行了優(yōu)化設計，優(yōu)化結果表明：在滿足其振動特性以及靜力學特性的條件下，復合材料蜂窩承力筒的各面板層厚度以及蜂窩芯層的厚度均有所減小，減重效果顯著，較好地實現(xiàn)了復合材料蜂窩夾層板結構的多工況優(yōu)化設計。
關鍵詞：蜂窩夾層板，振動，優(yōu)化設計，復合材料
內(nèi)容提示：
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1 優(yōu)化模型的建立
2 復合材料蜂窩夾層承力筒結構的多工況優(yōu)化設計
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