基于重分析加速的SIMP方法及在桥梁选型中的应用

HUANG Jing-long, XIONG Feng,CAO Hong-you,YANG Hong-yin

Journal of Wuhan University of Technology（2023）

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摘要

针对拓扑优化中固体各向同性惩罚(SIMP)方法在优化循环中需反复进行有限元分析而导致计算效率低下的不足,提出了基于组合近似重分析(CA)与SIMP方法相结合的拓扑优化加速算法.为避免迭代过程中重分析误差对最终拓扑结果的影响,采用引入自适应CA算法并采用序列级数收敛性估计近似误差,并提出了一种基于误差控制的重分析更新准则.通过数值算例对比了标准SIMP和改进SIMP方法的拓扑优化结果及计算效率.结果表明,改进的SIMP方法在得到相近拓扑构型的条件下减少了 83.6％～91.8％的有限元分析次数,说明所提出的基于CA加速的SIMP方法能显著提高拓扑优化的计算效率.最后将改进SIMP方法应用于一座人行桥的选型,发现该方法优化的人行桥拓扑构型清晰,计算效率高,相比初始构型,拓扑构型可以降低结构的应力、提升人行桥的舒适性.

关键词

bridge engineering,topology optimization,variable density method,reanalysis,selection of the structure

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