上海交通大学学报 ›› 2025, Vol. 59 ›› Issue (7): 1019-1028.doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.490
收稿日期:
2023-09-25
修回日期:
2023-12-13
接受日期:
2024-01-17
出版日期:
2025-07-28
发布日期:
2025-07-22
通讯作者:
龚景海
E-mail:gongjh@sjtu.edu.cn
作者简介:
王润谷(1997—),硕士生,从事空间结构拓扑优化研究.
WANG Rungu, DONG Xiao, GONG Jinghai()
Received:
2023-09-25
Revised:
2023-12-13
Accepted:
2024-01-17
Online:
2025-07-28
Published:
2025-07-22
Contact:
GONG Jinghai
E-mail:gongjh@sjtu.edu.cn
摘要:
研究单层网壳结构的局部加肋拓扑优化对提升其经济性与整体稳定性有重要意义.针对单层网壳结构,以结构用钢量为评价指标,基于渐进结构优化算法,提出局部加肋拓扑优化方法.根据结构中杆件的内力分布计算应变能,结合单层网壳结构的特点建立网格加强评价准则,在迭代运算中增加锥体加强应变能过大的网格,删除应变能过小的新增锥体,比较优化前后网壳结构的用钢量与整体稳定性,验证结构优化方法的可行性.经拓扑优化得到新的局部加肋单层网壳结构,相较于初始结构,优化后的结构用钢量减小,并且整体稳定性提高,结果可为单层网壳结构的局部加肋设计优化提供技术参考.
中图分类号:
王润谷, 董骁, 龚景海. 单层网壳结构的局部加肋渐进式拓扑优化方法[J]. 上海交通大学学报, 2025, 59(7): 1019-1028.
WANG Rungu, DONG Xiao, GONG Jinghai. Evolutionary Topological Optimization Method for Local Rib Addition in Single-Layer Shell Structures[J]. Journal of Shanghai Jiao Tong University, 2025, 59(7): 1019-1028.
[1] | 梁汉奇, 张月强, 张峥. 异形单层网壳结构造型与关键问题研究[J]. 建筑结构, 2023, 53 (Sup.1): 418-423. |
LIANG Hanqi, ZHANG Yueqiang, ZHANG Zheng. Research on the structure design and key issues of special-shaped single-layer shell[J]. Building Structure, 2023, 53 (Sup.1): 418-423. | |
[2] | 曹源, 陶志雄, 龙浩, 等. 某自由曲面单层网壳结构设计与节点分析[J]. 建筑结构, 2022, 52 (Sup.1): 591-596. |
CAO Yuan, TAO Zhixiong, LONG Hao, et al. Structural design and node analysis of the free-form single-layer reticulated shell[J]. Building Structure, 2022, 52 (Sup.1): 591-596. | |
[3] | 田家安. 空间网格结构智能网格生成与选型优化研究[D]. 南京: 东南大学, 2022. |
TIAN Jia’an. Research on intelligent grid generation and selection optimization of spatial grid structure[D]. Nanjing: Southeast University, 2022. | |
[4] | 谢亿民, 黄晓东, 左志豪, 等. 渐进结构优化法(ESO)和双向渐进结构优化法(BESO)的近期发展[J]. 力学进展, 2011, 41(4): 462-471. |
XIE Yimin, HUANG Xiaodong, ZUO Zhihao, et al. Recent development of evolutionary structural optimization (ESO) and bi-directional evolutionary structural optimization (BESO)[J]. Advances in Mechanics, 2011, 41(4): 462-471. | |
[5] | 沈世钊, 武岳. 结构形态学与现代空间结构[J]. 建筑结构学报, 2014, 35(4): 1-10. |
SHEN Shizhao, WU Yue. Structural morphology and modern space structures[J]. Journal of Building Structures, 2014, 35(4): 1-10. | |
[6] | 谢亿民, 杨晓英, STEVEN G P, 等. 渐进结构优化法的基本理论及应用[J]. 工程力学, 1999(6): 70-81. |
XIE Yimin, YANG Xiaoying, STEVEN G P, et al. The basic theory and application of evolutionary structural optimization method[J]. Engineering Mechanics, 1999(6): 70-81. | |
[7] |
占玲玉, 何文君, 周岱, 等. 基于BESO算法的高桩承台式水平轴风力机支撑结构优化[J]. 上海交通大学学报, 2023, 57(8): 939-947.
doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.182 |
ZHAN Lingyu, HE Wenjun, ZHOU Dai, et al. Support structure optimization of high-pile cap supported horizontal axis wind turbine system based on BESO algorithm[J]. Journal of Shanghai Jiao Tong University, 2023, 57(8): 939-947. | |
[8] | 张氢, 颜廷鹏, 霍佳雨, 等. 基于ESO的起重机刚架结构离散拓扑优化研究[J]. 中国工程机械学报, 2022, 20(4): 283-287. |
ZHANG Qing, YAN Tingpeng, HUO Jiayu, et al. Topology optimization of discrete variable for crane rigid frame structure based on ESO[J]. Chinese Journal of Construction Machinery, 2022, 20(4): 283-287. | |
[9] | 范钊. 基于双向渐进结构优化法的应力约束结构拓扑优化设计[D]. 武汉: 华中科技大学, 2019. |
FAN Zhao. Extended bi-directional evolutionary structural optimization method for stress constrained structural topology optimization design[D]. Wuhan: Huazhong University of Science and Technology, 2019. | |
[10] | 才琪, 冯若强. 基于改进双向渐进结构优化法的桁架结构拓扑优化[J]. 建筑结构学报, 2022, 43(4): 68-76. |
CAI Qi, FENG Ruoqiang. Topology optimization of truss structure based on improved bi-directional evolutionary structural optimization method[J]. Journal of Building Structures, 2022, 43(4): 68-76. | |
[11] | 朱吉吉. 网架结构的拓扑优化与鲁棒性分析[D]. 杭州: 浙江大学, 2016. |
ZHU Jiji. Topology optimization and robustness analysis of space grid atructure[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2016. | |
[12] | 中华人民共和国住房和城乡建设部. 空间网格结构技术规程: JGJ 7—2010[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2010. |
Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People’s Republic of China. Technical specification for space frame structures: JGJ 7—2010[S]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2010. | |
[13] | 苏岩. 新型空间结构形态创建研究与应用[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2021. |
SU Yan. Research and application of morphological generation for innovative spatial structures[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2021. | |
[14] | 荣见华, 姜节胜, 胡德文, 等. 基于应力及其灵敏度的结构拓扑渐进优化方法[J]. 力学学报, 2003(5): 584-591. |
RONG Jianhua, JIANG Jiesheng, HU Dewen, et al. Evolutionary structural topology optimization method based on stress and its sensitivity[J]. Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 2003(5): 584-591. | |
[15] | 谢亿民, 左志豪, 吕俊超. 利用双向渐进结构优化算法进行建筑设计[J]. 时代建筑, 2014(5): 20-25. |
XIE Yimin, ZUO Zhihao, LÜ Junchao. Architectural design through bi-directional evolutionary structural optimization[J]. Time + Architecture, 2014(5): 20-25. | |
[16] | 中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑结构荷载规范: GB 50009—2012[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2012. |
Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People’s Republic of China. Load code for the design of building structures: GB 50009—2012[S]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2012. |
[1] | 王辰, 刘义畅, 陆宇帆, 赖章龙, 周明东. 考虑增材制造填充结构强度的拓扑优化方法[J]. 上海交通大学学报, 2024, 58(3): 333-341. |
[2] | 占玲玉, 何文君, 周岱, 韩兆龙, 朱宏博, 张凯, 涂佳黄. 基于BESO算法的高桩承台式水平轴风力机支撑结构优化[J]. 上海交通大学学报, 2023, 57(8): 939-947. |
[3] | 王谦, 丁晓红, 张横. 厚薄通用四边形平板壳元在薄壁结构加筋布局优化中的应用[J]. 空天防御, 2023, 6(2): 55-61. |
[4] | 丁晓红, 张横, 沈洪. 高速飞行器结构优化及增材制造研究进展[J]. 空天防御, 2023, 6(2): 1-11. |
[5] | 何文君, 苏捷, 周岱, 韩兆龙, 包艳, 赵永生, 许玉旺, 涂佳黄. 基于BESO算法的大型海洋垂直轴风力机支撑结构优化[J]. 上海交通大学学报, 2023, 57(2): 127-137. |
[6] | 丁卯, 耿达, 周明东, 来新民. 基于变密度法的结构强度拓扑优化策略[J]. 上海交通大学学报, 2021, 55(6): 764-773. |
[7] | 郑昌隆, 丁晓红, 沈洪, 赵利娟. 基于自适应成长法的舵面结构动力学拓扑优化设计方法研究[J]. 空天防御, 2021, 4(2): 7-12. |
[8] | 柴象海,张执南,阎军,刘传欣. 航空发动机风扇叶片冲击加强轻量化设计[J]. 上海交通大学学报, 2020, 54(2): 186-192. |
[9] | 高云凯, 马超, 刘哲, 田林雳. 基于NSGA-III的白车身焊装生产平台的离散拓扑优化[J]. 上海交通大学学报, 2020, 54(12): 1324-1334. |
[10] | 杨德庆,秦浩星. 基于功能基元拓扑优化法的任意正泊松比超材料结构设计[J]. 上海交通大学学报, 2019, 53(7): 819-829. |
[11] | 邵勇1,2,陆彬1,任发才1,陈军1. 基于变形均匀的叶片锻造预成形拓扑优化设计[J]. 上海交通大学学报(自然版), 2014, 48(03): 399-404. |
[12] | 汤禹成,徐栋恺,陈军. 高强度钢板复杂零件的冲压压边圈拓扑优化[J]. 上海交通大学学报(自然版), 2010, 44(01): 6-0010. |
[13] | 宋洁,国凤林,谷涛. 利用二次灵敏度的渐进结构频率优化算法[J]. 上海交通大学学报(自然版), 2008, 42(11): 1935-1938. |
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