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结构优化设计
作者：赵忠伟来源：《城市建设理论研究》2013年第29期
摘要：随着有限元理论的迅猛发展和日趋成熟特别是计算机技术的广泛应用基于ANSYS参数化设计语言APDL的结构优化设计越来越体现出它强大的生命力这无疑给建筑结构的优化设计注入了新的活力。本文的优化设计思想，可以推广到其它结构形式，可对其它类型结构优化起到借鉴作用。关键词：ANSYS参数化语言APDL钢结构优化设计中图分类号：TU3文献标识码：A1引言结构优化设计理论已有近四十年的发展历史目前在一些重要的结构如飞机结构上已经得到了应用这也引起了土木和建筑工程界人士的广泛关注寻求建筑结构优化设计的理论、方法一直在紧张有序的进行当中。由于传统的优化方法例如准则法、数学规划法以及两者的结合即所谓的混合法等静态优化方法都是基于代数方程模型的最优控制理论中的动态规划优化方法是基于微分方程或差分方程模型的。而这些传统数学模型的描述能力和求解方法有相当的局限性使得最优化理论和方法在实际应用中受到了很大的限制存在着局部最优解、维数灾难、不确定性等问题这些困难需要寻求新的优化设计方法才能得到最终解决。随着有限元理论的迅猛发展和日趋成熟特别是计算机技术的广泛应用基于ANSYS参数化设计语言APDL的结构优化设计越来越体现出它强大的生命力这无疑给建筑结构的优化设计注入了新的活力。ANSYS是一种运用广泛的通用有限元分析软件其有限元分析过程主要包括建立分析模型并施加边界条件、求解计算和结果分析3个步骤。对于某一有限元模型来说当分析结果表明需要修改设计时就必须修改有限元模型的几何尺寸或改变载荷状况建立新的有限元模型然后再重复以上分析过程。这种设计分析修改设计再分析再修改0的过程在有限元分析中存在着大量的重复性工作将直接影响设计的效率。而运用ANSYS提供的参数化设计语言APDL通过结构设计参数的调整则可以自动完成上述循环功能进行优化设计从而大大减少修改模型和重新分析所花的时间。2结构优化设计的基本理论21结构优化设计概念
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假定→分析→搜索→最优设计一般被归纳为结构优化分析过程的流程。而这其中优化分析的核心部分为搜索过程。在包括满足各种给定条件的前提下，是否达到最优是结构优化设计最先对设计方案进行的判断。如果没能达到，但又为了使得预定的最优指标能逐步达到，就需要遵循某一设定的规则进行修改r