基于改進BESO算法的多尺度多相材料并行優(yōu)化設計.pdf

1、本文在分析傳統(tǒng)雙向漸進結構優(yōu)化方法（Bi-directional evolutionary structural optimization，簡稱BESO）存在不足的基礎上，針對性的對數(shù)值計算進行了合理的改進。并在此基礎上分別對宏觀結構、微結構優(yōu)化、材料/結構一體化等相關問題進行了多尺度、多相復合材料布局及拓撲優(yōu)化等層次系統(tǒng)地研究。
　　主要研究內容是：1)通過對傳統(tǒng)BESO的數(shù)值計算方法合理的改進，對解的合理性進行了深入的討論與論

2、證，給出了重要參數(shù)選取區(qū)間的合理建議，對實際工程應用具有較好的指導意義。2)引入懲罰指數(shù)材料插值方案的改進靈敏度有效的解決多相材料分布優(yōu)化和材料/結構一體化優(yōu)化問題，結合相關算例分析驗證了優(yōu)化結果的合理性。3)在改進BESO方法基礎上提出了以結構宏觀性能為目標函數(shù)，建立材料微觀結構形狀與宏觀結構材料彈性張量之間的聯(lián)系，集成宏觀結構所得到的位移場，推導出帶有宏觀結構力學特性的微觀敏度。該方法在極小尺度周期性排列的材料微結構胞元優(yōu)化設計過程

3、中，無論是拓撲優(yōu)化還是多相材料布局優(yōu)化都能得到邊界清晰、受力合理的優(yōu)化結果。4)充分考慮微觀尺度和宏觀尺度的關聯(lián)性，將材料微結構胞元設計和宏觀結構拓撲優(yōu)化相結合，建立周期性復合材料構型及結構一體化優(yōu)化設計方法。并通過倒 L形梁優(yōu)化結果和理論分析的比較，驗證本文提出方法的有效性。5)在一體化優(yōu)化方法的基礎上，建立周期性多相材料微結構布局及宏觀結構拓撲并發(fā)優(yōu)化方法的一般規(guī)律，并以典型算例為基礎對本文所提方法進行了合理性驗證。取有差異的宏觀初

4、始有限元模型和不同微觀胞元初始有限元模型研究了宏觀、微觀初始模型對優(yōu)化結果的影響。6)編寫第三方插件，將MATLAB數(shù)值計算、符號計算與ABAQUS有限元計算進行數(shù)據(jù)交換。通過軟件提供的內置并行結構，考慮并行架構、各作業(yè)間存在邏輯關系和job運行狀態(tài)，建立不同軟件之間協(xié)同作用數(shù)據(jù)交換平臺的并行計算開發(fā)。
　　本文的創(chuàng)新點主要有：
　　1、建立合理的材料等效彈性模量的求解方程，并將其轉換為有限元形式，利用ABAQUS提供的線性

5、攝動步功能，用分析步求解線彈性問題，從而基于現(xiàn)有強大的商業(yè)軟件實現(xiàn)從微觀到宏觀的等效性能求解。
　　2、以結構宏觀性能為目標函數(shù)，建立材料微觀結構形狀與宏觀結構材料彈性張量之間的聯(lián)系，集成宏觀結構所得到的位移場，推導出帶有宏觀結構力學特性的微觀敏度。實現(xiàn)對極小尺度周期性排列的材料微結構胞元進行拓撲優(yōu)化和多相材料布局優(yōu)化設計。
　　3、按照材料屬性排序引入材料插值函數(shù)依次進行靈敏分析，建立周期性多相材料微結構布局及宏觀結構拓撲