桥梁结构拓扑优化方法及其应用研究

摘要：

结构拓扑优化是优化技术中最具挑战性的研究领域,是一种创新性的设计方法.本文针对连续体结构拓扑优化设计问题,研究和分析了国内外在结构渐进优化法方面的发展状况. 桥梁结构一般受到恒载(结构自重)和活载(车载等)的作用,结构恒载是与结构设计相关性载荷.当桥梁结构的初始设计结构所占的空间远远大于最佳设计结构的空间时,恒载的影响远远大于活载的影响,为了确保最佳设计结构的活载传递路径,本文用效率活载替代活载,以便增强活载的影响.在此基础上导出了结构的位移灵敏度和应变能灵敏度公式.而后,本文提出了一种涉及恒载和活载的多工况多约束的渐进结构优化方法,并给出了考虑应力和位移要求的多工况渐进结构优化算法以及考虑应力和应变能要求的多工况渐进结构优化算法.探讨了斜拉桥钢索预应力的施加方式,提出了多工况多约束的空间桥梁结构的拓扑优化设计方法. 对上述方法进行了编程及大量工程结构的仿真计算.算例结果表明了本文提出的方法是正确和有效的,并显示具有较好的工程应用前景.

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