文献类型：期刊文章

作　　者：张鹄志[1] 黄垚森[1] 李永贵[1] 尹斌[1]

ZHANG Huzhi;HUANG Yaosen;LI Yonggui;YIN Bin(School of Civil Engineering,Hunan Provincial Key Laboratory of Structures for Wind Resistance and Vibration Control,Hunan University of Science and Technology,Xiangtan 411201,China)

机构地区：[1]湖南科技大学土木工程学院结构抗风与振动控制湖南省重点实验室,湖南湘潭411201

出　　处：《铁道科学与工程学报》

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51508182);湖南省自然科学基金资助项目(2021JJ30270)。

年　　份：2022

卷　　号：19

期　　号：6

起止页码：1726-1733

语　　种：中文

收录情况：BDHX、BDHX2020、CAS、CSCD、CSCD_E2021_2022、EAPJ、EI、JST、RCCSE、ZGKJHX、核心刊

摘　　要：经典双向演化结构优化(BESO)算法采用单一材料非“生”即“死”的优化方式,过程中易产生边界问题,从而使结果陷入局优。为解决这一问题,在优化中线性内插多个弹性模量等级的材料,再构建基于变异系数的材料利用程度评价指标,以决定单元在不同材料等级间的升降,开发出材料多等级BESO算法。通过深梁算例对比新算法与经典BESO算法在优化能力上的差异,并探讨材料等级数对优化过程和结果的影响。研究结果表明:算例在优化运行至折算体积率为0.3时,单一材料的经典BESO算法,双材料、三材料和四材料的材料多等级BESO算法,解的柔顺度指标分别为0.818×10^(4),0.785×10^(4),0.775×10^(4)和0.768×10^(4)N·mm,耗时分别为4,8,12和18 min。算例在优化运行至绝对体积率为0.3时,三材料的材料多等级BESO解中占比高的材料2和材料3,变异系数分别为0.11和0.26,而经典BESO解中单一材料的变异系数为4.88。因此,与经典BESO算法相比,材料多等级BESO算法可以得到柔顺度更低,更符合优化目标的解,即更优的解。同时演化出的杆系结构拓扑更清晰,材料利用率更高。材料等级数越多,越能通过不同等级的材料分布反映构件受力机理,显微构件受力细节,但会引起耗时增加,实际优化应用时应权衡精度与效率以选择合适材料等级数。

关 键 词：结构优化 拓扑优化 BESO算法  材料多等级  结构柔顺度  

分 类 号：TU318]