应力约束下多相材料结构非概率可靠性拓扑优化方法研究

基本信息
批准号:11472215
项目类别:面上项目
资助金额:78.00
负责人:罗阳军
学科分类:
依托单位:大连理工大学
批准年份:2014
结题年份:2018
起止时间:2015-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:徐斌,王云,杨小锋,张宇,蒋邻葛,贠昊,王新栋
关键词:
多相材料应力约束非概率拓扑优化不确定性
结项摘要

Topology optimization considering uncertainties is an important approach for searching the optimal structure with comprehensive benefits like structural safety, performance and cost. Nowadays, the widely used method is based on the compliance topology optimization frame. However, for the multi-phase material structures which may suffer from strength failure in some real-world engineering design problems, it is essential to take into account stress reliability constraints of different materials. By using the relative density penalization model and the convex model-based non-probabilistic reliability definition, a non-probabilistic reliability based topology optimization theory for the design of multi-phase material structures considering stress constraints on different materials is proposed. In order to solve the proposed topology optimization model of multi-phase material structures, a series of challenge difficulties, such as the stress singularity phenomenon (in which the feasible sub-domain is degenerate and disconnected), the zigzag movement phenomenon in searching concerned points, and a large number of stress constraints, are mainly investigated. Then, numerical algorithms are fully studied to conquer these difficulties in this project. The proposed algorithms include the decreasing strategy of target reliability index, trust region-based iterative method and the selecting strategy of active constraints. At last, the abovementioned theory and methods are applied to the united material layout design of typical multi-phase material structures. This project will greatly enrich the theory and method of non-probabilistic reliability based optimization design, develop the application proceedings of topology optimization, and provide a reasonable and practical approach for the novel layout design of multi-phase composite structures.

不确定性拓扑优化设计是实现结构安全性、性能、成本等综合效益最优目标的重要途径,目前广泛采用基于柔顺性的拓扑优化方法。然而,对于工程中可能遭受强度失效的多相材料结构,考虑不同材料应力水平的可靠性约束显得至关重要。本项目基于相对密度惩罚模型,结合多椭球凸模型描述下的非概率可靠性定义及关心性能方法,建立多种材料应力准则并存下的多相材料结构非概率可靠性拓扑优化模型。重点针对其求解过程中存在的应力奇异解现象(可行子域退化且不连通)、关心点迂回振荡迭代现象及大规模应力约束这一系列挑战性问题,研究目标可靠性指标降低策略、关心点信赖域直接迭代方法、最优点紧约束选择机制等关键算法,以实现多相材料结构拓扑优化问题的顺利求解。最后将上述理论方法应用于典型多相材料结构的联合布局设计。项目研究将丰富和发展非概率可靠性优化理论,推动拓扑优化的工程实用化,为组合结构的新型布局优化问题提供切实可行的设计方案。

项目摘要

不确定性拓扑优化设计是实现结构安全性、性能、成本等综合效益最优目标的重要途径,目前广泛采用基于柔顺性的拓扑优化方法。然而,对于工程中可能遭受强度失效的多相材料结构,考虑不同材料应力水平的可靠性约束显得至关重要。本项目基于相对密度惩罚模型,结合多椭球凸模型描述下的非概率可靠性定义及关心性能方法,建立了多种材料应力准则并存下的多相材料结构非概率可靠性拓扑优化模型。重点针对其求解过程中存在的应力奇异解现象、关心点迂回振荡迭代现象及大规模应力约束这一系列难点问题,研究目标可靠性指标降低策略、关心点信赖域直接迭代方法、增强凝聚方法等关键算法,实现了多相材料结构拓扑优化问题的顺利求解。并进一步将上述理论方法应用于钢混凝土组合结构、超弹性组合结构、柔性薄膜结构等典型多相材料结构的联合材料布局设计。在本项目资助下,课题组在本领域权威SCI期刊上共发表与本项目研究内容相关的学术论文11篇(已标注),均为本人第一作者或通讯作者,包括固体力学顶级期刊JMPS 1篇,计算力学顶级期刊CMAME 2篇,中科院二区论文5篇。申请PCT国际专利2项。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
2

低轨卫星通信信道分配策略

低轨卫星通信信道分配策略

DOI:10.12068/j.issn.1005-3026.2019.06.009
发表时间:2019
3

钢筋混凝土带翼缘剪力墙破坏机理研究

钢筋混凝土带翼缘剪力墙破坏机理研究

DOI:10.15986/j.1006-7930.2017.06.014
发表时间:2017
4

基于FTA-BN模型的页岩气井口装置失效概率分析

基于FTA-BN模型的页岩气井口装置失效概率分析

DOI:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2019.04.015
发表时间:2019
5

基于二维材料的自旋-轨道矩研究进展

基于二维材料的自旋-轨道矩研究进展

DOI:10.7498/aps.70.20210004
发表时间:2021

罗阳军的其他基金

相似国自然基金

1

瞬态热载荷下具有时变可靠性约束的结构拓扑优化方法研究

批准号:11602197
批准年份:2016
负责人:王攀
学科分类:A0806
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
2

非概率模型下结构可靠性优化若干问题的研究

批准号:10772037
批准年份:2007
负责人:郭旭
学科分类:A0806
资助金额:36.00
项目类别:面上项目
3

考虑应力约束及局部稳定约束的桁架结构拓扑优化

批准号:59278316
批准年份:1992
负责人:程耿东
学科分类:E0804
资助金额:4.50
项目类别:面上项目
4

基于材料-设计-制造融合的多相材料结构轻质化拓扑优化方法研究

批准号:11872311
批准年份:2018
负责人:徐斌
学科分类:A0806
资助金额:63.00
项目类别:面上项目