材料多等级双向演化结构优化算法

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0.818×104,0.785×104,0.775×104和0.768×104 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

所属期刊栏目：19

分类号：TU318(建筑结构)

资助基金：国家自然科学基金;湖南省自然科学基金资助项目

在线出版日期：2022-07-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：1726-1733