作者： 隋允康;彭细荣

期刊： 固体力学学报,2024年45(02):253-265 ISSN：0254-7805

作者机构： 北京工业大学材料与制造学部,北京,100022;湖南城市学院土木工程学院,益阳,413000;[隋允康] 北京工业大学;[彭细荣] 湖南城市学院

关键词： 结构拓扑优化;映射函数;求解效率;ICM方法

摘要： 本文把ICM方法中的过滤函数和变密度方法中的惩罚函数统称为映射函数,研究了该函数的选取问题,探讨了其选取对于结构拓扑优化优化迭代收敛效率的影响.为此,本文提出了高效率收敛的映射函数构造途径,写出了 5类常见的具体映射函数形式,提出同高效率收敛映射函数MFHEC(Mapping function with highly effi-cient convergence)相配套的优化模型和寻优解法,先是自行比较了同类映射函数的过滤函数和准过滤函数寻优中收敛的快慢,然后相互比较了不同形式映射函数的快滤函数寻优收敛的快慢.以ICM方法求解位移约束下结构体积极小的拓扑优化问题为例,通过数值计算比较,印证了 MFHEC函数的高效率收敛性.结果表明:同类函数比较中,快滤函数的收敛速度更快;5种不同类型映射函数比较中,幂函数形式的过滤函数收敛速度更快.最后需要强调的是:本文研究的映射函数的结论,包括ICM方法的过滤函数和变密度方法中的惩罚函数,二者都是同样适用的.

语种： 中文

作者： 彭细荣;隋允康;郑勇刚

期刊： 力学学报,2024年56(8):2468-2481 ISSN：0459-1879

作者机构： [郑勇刚] 湖南城市学院土木工程学院;[彭细荣] 北京工业大学数学统计学与力学学院;大连理工大学工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室;[隋允康] 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室

关键词： 结构拓扑优化;ICM方法;变量非耦合;节点拓扑变量

摘要： 文章提出了节点拓扑变量一种非耦合映射的ICM方法,对于结构拓扑优化问题予以建模和求解:首先将基结构划分为由较小单元组成的网格,取节点独立、连续的拓扑变量,建立了一种双线性形函数插值的变量非耦合映射,替代了单元独立连续拓扑...展开更多 文章提出了节点拓扑变量一种非耦合映射的ICM方法,对于结构拓扑优化问题予以建模和求解:首先将基结构划分为由较小单元组成的网格,取节点独立、连续的拓扑变量,建立了一种双线性形函数插值的变量非耦合映射,替代了单元独立连续拓扑变量,使单元的“有”或“无”连续化近似,实现了节点拓扑变量过滤识别与物理量的单元内插值,推导建立了节点拓扑设计变量的优化模型,采用基于变量可分离的二阶对偶规划算法求解,并且改进了最优拓扑构型的圆整技术.接着以常见的位移约束下结构重量(或体积)极小拓扑优化问题为例,演示了上述建模及求解过程.最后分别给出了单载荷工况和多载荷工况下的位移约束拓扑优化的算例,数值计算结果验证了本方法的有效性.研究有如下优点:克服了以往基于单元拓扑变量研究的缺陷,即最优结构边界为锯齿形,得到的最优结构的拓扑边界光滑清晰;给出了节点拓扑变量和单元拓扑函数场定义,提炼出构造该场必须遵循的5点准则,克服了节点拓扑ICM方法有关研究中存在的不足;得到节点设计变量不再是耦合关系,可以方便地求出结构物理量的二阶导数,从而利用变量可分离对偶优化算法进行高效的寻优;研究成果不仅丰富了ICM方法的内涵,推动了其发展,而且对变密度的节点拓扑方法也有参考的裨益.收起

语种： 中文

作者： 彭细荣;隋允康

期刊： 力学学报,2023年55(10):2417-2426 ISSN：0459-1879

作者机构： [彭细荣] School of Civil Engineering, Hunan City University, Hunan, Yiyang, 413000, China;[隋允康] College of Materials and Manufacturing, Beijing University of Technology, Beijing, 100022, China

关键词： 结构拓扑优化;映射函数;求解效率;ICM方法

摘要： 文章旨在提升对偶规划显式模型（dual programming-explicit model, DP-EM）的建模和求解的境界. DPEM模型从一类变量可分离凸规划的特点出发,突破了对偶目标二阶采用近似的定势,推导得出显式的对偶目标函数;应用于ICM方法求解连续体结构拓扑优化问题时,其求解效率比对偶序列二次规划方法 （DSQP）和可移动渐近线方法 （MMA）求解效率更高.文章进一步把常见的一类显式模型抽象为普适的可分离凸规划列式,在需要满足的一些条件下,转换为DP-EM模型,并且提出4种处理方法:（1）对偶变量迭代逼近法;（2）指数函数形式的解法;（3）幂函数形式的解法;（4）基于变换的精确解法.为了进行数值验证,做了广泛的计算,限于篇幅,文章列出了5个具有代表性的算例,除了算例1属于纯数学问题,其余4个算例皆基于ICM方法,分别对于位移、应力、疲劳等约束和破损-安全的连续体结构拓扑优化问题,基于所提出的方法进行建模和求解,都显示了所提出方法的普适性及更高的求解效率.工作的意义在于:（1）深度方面,加深了结构优化对偶解法的研究;（2）广度方面,对数学规划对偶理论的发展做出了新的贡献.

语种： 中文

作者： 隋允康;彭细荣

期刊： 应用力学学报,2023年40(6):1239-1248 ISSN：1000-4939

作者机构： 北京工业大学工程数值模拟中心,100124 北京;湖南城市学院土木工程学院,413000 益阳;[隋允康] 北京工业大学;[彭细荣] 湖南城市学院

关键词： 结构分析和优化;结构安全观念;发展历程;基于破损-安全的结构拓扑优化

摘要： 确保结构安全是力学在工程应用中永远关心的问题,为此,综述了结构安全观念的进化过程,将其划分为5个阶段:其一、从材料的永驻安全到材料的常驻安全,这是观念的滥觞;其二,从材料的尽驻安全到构件的尽驻安全,这是观念的渐变;其三,...展开更多 确保结构安全是力学在工程应用中永远关心的问题,为此,综述了结构安全观念的进化过程,将其划分为5个阶段:其一、从材料的永驻安全到材料的常驻安全,这是观念的滥觞;其二,从材料的尽驻安全到构件的尽驻安全,这是观念的渐变;其三,从构件的尽驻安全到结构的破损-安全,这是观念的飞跃;其四,基于破损-安全的结构截面与形状优化,这是观念的叠加;其五,基于破损-安全的结构拓扑优化,这是观念的昇华。由于第五阶段是学者们在当前最关注的研究之一,对此着墨颇多,且举出了有代表性的理论和算例。接着,又在观念的启迪和观念本质上,进行了两方面的展开:其一,从基于破损-安全的结构分析和结构优化,讨论了观念的启迪,启迪1是,遵循破损-安全设计原则而不放弃安全-经济设计原则,启迪2是,沿袭超静定结构的感性设计经验上升到理性生成冗余区域的阶段;其二,从结构在役破损-安全的时间与空间剖析,讨论了观念的本质,并且给出了清晰的列表。收起

语种： 中文

作者： 彭细荣;隋允康;叶红玲;铁军

期刊： 力学学报,2022年54(2):459-470 ISSN：0459-1879

作者机构： [彭细荣] School of Civil Engineering, Hunan City University, Yiyang, 413000, China;[隋允康; 叶红玲] Faculty of Materials and Manufacturing, Beijing University of Technology, Beijing, 100124, China;[铁军] Institute of Technology, Tianjin University of Finance and Economics, Tianjin, 300222, China

关键词： 应力拓扑优化;化整交融;Kreisselmeier-Steinhauser函数;ICM法

摘要： 由于单元应力属于局部性能约束,导致相应的结构拓扑优化存在难以承受的大量约束条件;尽管化整方法极大地减少了约束数量,但是优化结果中有少数应力超限现象.为此,本文在应力约束的结构拓扑优化中,瞄准克服应力超限和提高求解效率两个目标,进行了探索.提出了乘子法及序列二次规划(SQP)法两种解法,首先在化整交融(即化整-集成)解法中的m方集成模型应用,与一阶近似的移动渐近线(MMA)解法进行了求解效率对比.然后,在此基础上采用了效果最好的m方集成模型的SQP解法,建立了求解应力约束下结构体积极小化模型(即s方模型),将化整交融解法与以往单独的化整解法进行了对比.结果表明:(1) m方集成模型的3种解法中,乘子法及SQP法的求解效率远高于MMA法, SQP法的求解效率略高于乘子法;(2)化整交融解法与化整解法相比,虽然求解效率相当,但化整交融解法完全避免了个别约束超限的现象,在满足应力约束条件下,得到的最优拓扑结构体积更小,表现出更强的寻优能力.

语种： 中文

作者： 彭细荣;隋允康;叶红玲;铁军

期刊： 固体力学学报,2022年43(3):307-317 ISSN：0254-7805

通讯作者： Sui, Y.

作者机构： [彭细荣] School of Civil Engineering, Hunan City University, Yiyang, 413000, China;[叶红玲; 隋允康] Numerical Simulation Center for Engineering, Beijing University of Technology, Beijing, 100022, China;[铁军] Tianjin University of Finance and Economics, Institute of Technology, Tianjin, 300222, China

通讯机构： [Sui, Y.] N;Numerical Simulation Center for Engineering, China

关键词： 局部性能;结构拓扑优化;K-S函数;优化模型的二阶逼近;ICM方法

摘要： 应用K-S(Kreisselmeier-Steinhauser)函数,对结构拓扑优化问题中的局部性能如应力、疲劳寿命等进行集成然后求解.首先针对互逆规划的单目标多约束模型(称为s方模型)及多目标单约束模型(称为m方模型),应用结构拓扑优化ICM方法,分别建立了基于K-S函数集成处理的优化模型,推导了集成化的约束(对s方模型)或目标(对m方模型)函数的一阶及二阶导数,采用序列二次规划模型对所建立的优化模型进行迭代求解,依据K-T条件给出了二次规划模型的迭代求解公式.然后基于K-S函数阐述了s方模型的集成迭代解法,亦即集成方法.最后,阐述了基于K-S函数的s方模型和m方模型交替融合的迭代解法,亦即集成-集成方法.结果表明集成-集成方法比单纯的集成方法收敛更快.

语种： 中文

作者： 隋允康;彭细荣;叶红玲;李宗翰

期刊： 计算力学学报,2021年38(04):479-486 ISSN：1007-4708

作者机构： [李宗翰; 叶红玲; 隋允康] 北京工业大学材料与制造学部;[彭细荣] 湖南城市学院土木工程学院

关键词： 局部性能约束;交融解法;互逆规划;分部解法;化整解法;集成解法;结构拓扑优化;ICM方法

摘要： 瞄准应力和疲劳两类局部性能约束的结构拓扑优化问题,概括为分部、化整和集成3种解法和交融的3种解法。类比应力约束推导了疲劳寿命情况,一为满疲劳公式,二为疲劳寿命约束全局化的结构寿命概念和相应解法。在倒寿命概念下,实现了疲劳寿命约束与应力约束的规格统一。补充和完整了已有的局部性能约束解法,属于单目标模型,有分部、化整、集成三种。基于互逆规划理论的定理2,提出了交融优化解法,是单目标与多目标模型的交替迭代,有分部-集成、化整-集成和集成-集成三种。上述6种解法皆基于ICM方法进行建模。算例表明,新提出的交融优化方法提高了求解效率。

语种： 中文

作者： Peng, Xirong;Sui, Yunkang*

期刊： Engineering Optimization,2021年53(1):32-48 ISSN：0305-215X

通讯作者： Sui, Yunkang

作者机构： [Peng, Xirong] Hunan City Univ, Sch Civil Engn, Yiyang, Peoples R China.;[Sui, Yunkang] Beijing Univ Technol, Numer Simulat Ctr Engn, Beijing, Peoples R China.

通讯机构： [Sui, Yunkang] B;Beijing Univ Technol, Numer Simulat Ctr Engn, Beijing, Peoples R China.

关键词： Continuum structures;topology optimization;fail-safe

摘要： The topology optimization of continuum structures is investigated to obtain an optimized topology satisfying the fail-safe design principle with suitable redundancy components. An optimization model with a nonlinear objective and linear constraints is established by defining the reciprocal topology variable as design variables and linearly approximating the structural performance. The model is solved by a dual sequential quadratic programming (DSQP) algorithm. Topology optimization with displacement constraints is used as an example. The presented optimization model and solution approach offers the following advantages. (1) A volume constraint, which makes determining reasonable values difficult, need not be specified. (2) Weighted coefficients, which combine multiple compliances under different load cases into a combined compliance, need not be specified as well. (3) The presented optimization model is a type of single-objective programming and thus avoids the challenges in the min-max model. (4) The proposed method shows a strong capability of finding optimum solutions. © 2019 Informa UK Limited, trading as Taylor & Francis Group.

语种： 英文

作者： 彭细荣;黎永索;龙琼

期刊： 教育教学论坛,2020年(34):247-248 ISSN：1674-9324

作者机构： 湖南城市学院 土木工程学院,湖南 益阳 413000;[黎永索; 龙琼; 彭细荣] 湖南城市学院

关键词： 城市轨道;应用型人才;职业能力;实践教学体系

摘要： 以职业能力分析为导向,得到了满足轨道交通施工及运维为主的职业类型所需要的基础能力及专业能力,进一步分析了支持这些职业能力所需的实践教学课程,形成了基础实践、专业实践、创新与社会实践、综合实践的"四位一体"的实践教学体系。探讨了职业能力导向的城市轨道交通应用型人才实践教学体系构建模式。

语种： 中文

作者： 彭细荣;董武忠;李苗

期刊： 教育教学论坛,2020年(41):54-55 ISSN：1674-9324

作者机构： 湖南城市学院 土木工程学院,湖南 益阳 413000;[李苗; 董武忠; 彭细荣] 湖南城市学院

关键词： 城市轨道;应用型人才;“双师型”教师;师资队伍建设

摘要： 应用型本科院校新建轨道交通土建工程专业亟待建设一支“双师型”的师资队伍,采取“走出去、引进来”的双向策略,通过政策引导、校企合作平台建设等方式,快速而有成效地建设“双师型”师资队伍。

语种： 中文

作者： Cao, Guohui*;Zhang, Wang;Hu, Jiaxing;Peng, Xirong

期刊： Canadian Journal of Civil Engineering,2020年47(7):856-864 ISSN：0315-1468

通讯作者： Cao, Guohui

作者机构： [Peng, Xirong; Cao, Guohui] Hunan City Univ, Coll Civil Engn, 518 Yingbin East RD, Yiyang 413000, Hunan, Peoples R China.;[Zhang, Wang] Changsha Univ Sci & Technol, Sch Civil Engn, 960,2nd Sect,Wanjiali South RD, Changsha 410114, Hunan, Peoples R China.;[Hu, Jiaxing] Hunan Univ, Coll Civil Engn, Lushan South RD, Changsha 410082, Hunan, Peoples R China.

通讯机构： [Cao, Guohui] H;Hunan City Univ, Coll Civil Engn, 518 Yingbin East RD, Yiyang 413000, Hunan, Peoples R China.

关键词： natural environment;prestressed concrete (PC);continuous box girders;long-term mechanical performance;reaction distribution;environnement naturel;béton précontraint (BP);poutres-caissons continues;performance mécanique à long terme;répartition des réactions

摘要： A long-term load test performed for 470 days on two two-span prestressed concrete (PC) continuous box girders is reported in this paper. Load types were selected as the test variates, and structural responses such as support reactions, deflections, and concrete strains were monitored. Simultaneously, affiliated experiments such as material strength, creep, and shrinkage tests were conducted to investigate the time-dependent performances of the materials. Data obtained from these tests showed that deflections, strains, and support reactions develop rapidly in the beginning and stabilize afterward; the reactions of mid-and end-supports decline and rise over time, respectively. Time-dependent patterns of deflections and support reactions were analyzed on the basis of an effective modulus method, and a practical calculation method for long-term deflections considering reaction redistributions was proposed. The effects of the service environment on the performance of PC girders were evaluated through an incremental analysis method. © 2020, Canadian Science Publishing. All rights reserved.

语种： 英文

作者： 铁军;隋允康;彭细荣

期刊： 力学学报,2020年52(6):1822-1837 ISSN：0459-1879

作者机构： [铁军] Institute of Technology, Tianjin University of Finance and Economics, Tianjin, 300222, China;[隋允康] Numerical Simulation Center for Engineering, Beijing University of Technology, Beijing, 100022, China;[彭细荣] School of Civil Engineering, Hunan City University, Yiyang, 413000, China

关键词： 互逆规划;KKT条件;ICM方法;结构拓扑优化;拟同构;拟同解

摘要： 本文的工作涉及数学与力学两方面,数学方面:(1)将数学规划论中新提出的互逆规划,从s-m型(或称为m-s型)发展出s-s型和m-m型互逆规划(其中s意为单目标,m意为多目标),从而使互逆规划的定义完备成为3种;(2)从KKT条件审视互逆规划的两方面,得到了互逆规划双方求解涉及拟同构和拟同解的3个定理,并且予以证明,提供了在求解中对于互逆规划双方在求解中相互借鉴的理论基础;(3)对一对互逆规划双方皆合理的情况和某一方不合理的情况,皆给出了求解策略和具体解法.力学方面:(1)给出结构优化设计模型合理与否的诠释;(2)在互逆规划对结构拓扑优化的应用中,提出了不合理结构拓扑优化模型的求解策略;(3)给出了借助MVCC模型(多个柔顺度约束下的体积最小化)解决MCVC模型(对于给定体积下的多个柔顺度的最小化)的途径,其中的建模基于ICM(独立连续映射)方法.用Matlab编程给出了数值算例.其中两个数学问题图示了互逆规划的双方关系;其中,结构拓扑优化问题是众多结构拓扑优化中的两个个案;数值结果均支持了本文提出的互逆规划理论.

语种： 中文

作者： 彭细荣;董武忠;李苗

期刊： 教育教学论坛,2020年(30):188-189 ISSN：1674-9324

作者机构： 湖南城市学院 土木工程学院,湖南 益阳 413000;[李苗; 董武忠; 彭细荣] 湖南城市学院

关键词： 城市轨道;应用型人才;职业能力;课程体系

摘要： 应用型本科轨道交通土建工程人才培养侧重于施工及运维,以职业能力分析为导向,探讨了城市轨道交通应用型人才课程体系的构建。研讨了应用型本科应如何在职业技术学院与研究型大学之间,适应自身培养目标及发展特色,构建全新的城市轨道交通人才培养课程体系。

语种： 中文

作者： 彭细荣;隋允康

期刊： 计算力学学报,2019年36(3):317-323 ISSN：1007-4708

通讯作者： Peng, X.-R.

作者机构： 湖南城市学院土木工程学院,益阳,413000;北京工业大学工程数值模拟中心,北京,100022;[隋允康] 北京工业大学;[彭细荣] 湖南城市学院

通讯机构： School of Civil Engineering, Hunan City University, Yiyang, China

关键词： 连续体结构;拓扑优化;破损-安全;局部破损;ICM方法

摘要： 针对连续体结构,考虑破损-安全拓扑优化中如何处理结构局部破损的关键问题,以位移约束下结构体积极小化拓扑优化问题为例,基于独立连续映射ICM方法,建立了优化模型,给出了求解方法。以单荷载及多荷载工况的数值算例为例,探讨了结构局部破损模式的形状和大小及结构局部破损状况预估分布等对最优结构拓扑的影响。结果表明,(1)相比于不考虑破损-安全的结构拓扑优化,考虑破损-安全得到的最优拓扑具有更多冗余构件及传力路径;(2)不同形状及大小的结构局部破损模式会得到不同的最优结构拓扑;(3)结构局部破损模式布置间距越小,得到的最优拓扑越趋复杂。故在进行考虑破损-安全拓扑优化设计时,宜依据工程问题,合理定义结构局部破损模式的形状和大小及结构局部破损状况的预估分布等,以准确模拟实际结构的局部破损,得到具有适度冗余的最优拓扑。

语种： 中文

作者： 彭细荣;熊创贤;李文斌

期刊： 应用力学学报,2019年36(2):334-342 ISSN：1000-4939

作者机构： 湖南城市学院土木工程学院 413000益阳;[李文斌; 熊创贤; 彭细荣] 湖南城市学院

关键词： SIMP法;倒变量;准则法;柔顺度过滤;计算效率

摘要： 针对在工程中广泛应用于最大化结构刚度设计的最小化结构柔顺度拓扑优化问题,应用连续体拓扑优化SIMP法,基于倒变量建立了优化模型;应用K-T条件建立了相应的优化准则,并提出了柔顺度过滤方法消除棋盘格现象及网格依赖等数值问题。应用不同的网格,与原准则法及MMA法进行了算法效率比较,与敏度过滤法及密度过滤法进行了优化求解结果及效率的比较。所附MATLAB程序测试表明:所提方法迭代次数最少、运行时间最短,随问题规模增大迭代次数不会增加;与原准则法相比,不用设置运动极限参数,适合求解大规模工程问题。

语种： 中文

作者： 隋允康;彭细荣;叶红玲;铁军

期刊： 力学学报,2019年51(6):1940-1948 ISSN：0459-1879

作者机构： [隋允康; 叶红玲] Numerical Simulation Center for Engineering, Beijing University of Technology, Beijing, 100022, China;[彭细荣] School of Civil Engineering, Hunan City University, Yiyang, Hunan 413000, China;[铁军] Tianjin University of Finance and Economics, Institute of Technology, Tianjin, 300222, China

关键词： 结构拓扑优化设计;互逆规划;MCVC模型;MVCC模型;ICM方法

摘要： 在数学规划的领域里定义了互逆规划——各自目标函数与约束条件位置相互交换的一对规划.接着指出,尽管互逆规划与对偶规划在表面上似乎类似,但是二者存在5点不同:（1）是否为同一个问题的不同;（2）存在"对偶间隙"与否的不同;（3）设计变量数目的不同;（4）是否单目标与多目标问题的不同;（5）问题合理与否的不同.然后,基于互逆规划的定义,用以审视结构拓扑优化模型,给出如下结果:（1）从这个角度洞悉,在结构优化中,确实有不合理的模型一直被沿用着;（2）找到了修正不合理模型使之合理化的方法;（3）对于给定体积下的柔顺度最小化（MCVC）模型,指出了其不合理的原因;（4） MCVC模型实际是互逆规划的m方,由此建立起其对应的s方,即给出了多个柔顺度约束的体积最小化（MVCC）模型;（5）给出了MVCC模型中的结构柔顺度约束的物理解释和算法,论证了ICM （independent continuous and mapping）方法以往关于全局化应力约束的概念和方法;（6）数值算例表明了MCVC与MVCC模型作为互逆规划的差异,且印证了MVCC模型的合理性.MCVC模型在不同体积约束及多工况下不同的权系数时,得到最优拓扑不同;但MVCC模型在多工况柔顺度约束下可得到唯一的最优拓扑.

语种： 中文

作者： Sui, YunKang;Peng, XiRong*

期刊： Engineering Optimization,2019年51(9):1604-1625 ISSN：0305-215X

通讯作者： Peng, XiRong

作者机构： [Sui, YunKang] Beijing Univ Technol, Numer Simulat Ctr Engn, Beijing, Peoples R China.;[Peng, XiRong] Hunan City Univ, Sch Civil Engn, Yiyang, Peoples R China.

通讯机构： [Peng, XiRong] H;Hunan City Univ, Sch Civil Engn, Yiyang, Peoples R China.

关键词： dual sequential quadratic programming (DSQP) method;Explicit dual objective function;method of moving asymptotes (MMA);separable convex programming;structural topology optimization

摘要： An objective function for a dual model of nonlinear programming problems is an implicit function with respect to Lagrangian multipliers. This study aims to address separable convex programming problems. An explicit expression with respect to Lagrangian multipliers is derived for the dual objective function. The exact solution of the dual model can be achieved because an explicit objective function is more exact than an approximated objective function. Then, a set of improved Lagrangian multipliers can be used to obtain the optimal solution of the original nonlinear programming model. A corresponding dual programming and explicit model (DP-EM) method is proposed and applied to the structural topology optimization of continuum structures. The solution efficiency of the DPEM is compared with the dual sequential quadratic programming (DSQP) method and method of moving asymptotes (MMA). The results show that the DP-EM method is more efficient than the DSQP and MMA. © 2018, © 2018 Informa UK Limited, trading as Taylor & Francis Group.

语种： 英文

作者： 彭细荣;隋允康

期刊： 力学学报,2018年50(3):611-621 ISSN：0459-1879

通讯作者： Sui, Y.

作者机构： [彭细荣] School of Civil Engineering, Hunan City University, Yiyang, Hunan 413000, China;[隋允康] Numerical Simulation Center for Engineering, Beijing University of Technology, Beijing, 100022, China

通讯机构： Numerical Simulation Center for Engineering, Beijing University of Technology, Beijing, China

关键词： 连续体结构;拓扑优化;破损-安全;ICM方法

摘要： 本文瞄准连续体在破损-安全考虑下的结构拓扑优化问题，旨在克服传统模型求解所得最终构型存在的弊病，避免结构因缺乏合理的冗余结构而敏感于局部破坏，实现破损-安全的目标. 首先，梳理了以往虽然用到却并不明晰的4 个概念：结构局部破损模式、结构局部破损区域、结构破损状况、结构破损状况的预估分布.之后，基于独立连续映射（ICM） 方法，对该问题建立了力学性能约束下结构体积极小化的模型. 建立目标函数时，利用Minimax 的概念将可能出现的结构破损状况对应的所有结构体积目标转化为原结构的唯一结构体积目标，克服了多目标问题的困难. 建立近似约束函数时，将可能出现的所有结构破损状况对应的力学性能的约束皆考虑进去，既能处理载荷单工况也能处理载荷多工况. 最后，以位移约束为例，建立了优化模型并求解. 单工况及多工况位移约束拓扑优化算例验证了算法的有效性. 结果表明：本方法相比于不考虑破损-安全的拓扑优化设计，得到的最优拓扑更复杂，体积比更大即所用材料更多，亦即最优结构具有更多的冗余，此正是考虑破损-安全设计原则的结果. 本文的研究对于航空、航天、其他水、陆等领域运载工具以及其他工程结构在意外破坏、战争创伤或恐怖袭击下的结构设计，乃是非常重要的进展.

语种： 中文

作者： 铁军;叶红玲;彭细荣

期刊： 应用数学和力学,2018年39(4):424-441 ISSN：1000-0887

作者机构： [铁军] School of Polytechnic, Tianjin University of Finance and Economics, Tianjin, 300222, China;[叶红玲] College of Mechanical Engineering and Applied Electronics Technology, Beijing University of Technology, Beijing, 100124, China;[彭细荣] College of Civil Engineering, Hunan City University, Yiyang, Hunan, 413000, China

关键词： 拓扑优化;ICM方法;磨光反演映射;叠加离散效应;复合过滤函数;位移约束

摘要： 对结构拓扑优化ICM(independent continuous mapping)方法中的磨光映射和过滤映射加以拓广,利用反演映射极限形式的磨光特性构造其与过滤映射相协调的复合映射.由于该复合映射的叠加离散效应,首先引入幂函数和正弦函数的复合形式过滤函数,用ICM方法建立位移约束下重量最小为目标的连续体结构拓扑优化模型,并采用二次规划精确对偶算法进行求解.再将求得的离散解为主的连续最优解依照动态反演策略,用最佳阈值和理性反演函数求出最严格的0-1离散解,给出了拓扑优化"离散→连续"和"连续→离散"先后相反的二阶段解法.基于MATLAB软件平台开发了相应的拓扑优化计算程序,给出的数值算例对该文提出的方法进行验证,结果表明:该方法计算效率高,最优解灰度单元少,反演后结构重量更小,并且能够计算出更合理的结构拓扑.

语种： 中文

作者： Cao, Guohui*;Yang, Liang;Zhang, Wang;Peng, Xirong;Dai, Ye

期刊： Journal of Materials in Civil Engineering,2018年30(5) ISSN：0899-1561

通讯作者： Cao, Guohui

作者机构： [Peng, Xirong; Cao, Guohui] Hunan City Univ, Coll Civil Engn, Yiyang 413000, Peoples R China.;[Yang, Liang] Hunan Univ, Coll Civil Engn, Changsha 410082, Hunan, Peoples R China.;[Dai, Ye; Zhang, Wang] Changsha Univ Sci & Technol, Sch Civil Engn & Architecture, Changsha 410114, Hunan, Peoples R China.

通讯机构： [Cao, Guohui] H;Hunan City Univ, Coll Civil Engn, Yiyang 413000, Peoples R China.

关键词： Bridges;Composite structures;Concrete slabs;Concretes;Corrosion;Couplings;Creep;Deformation;Elastic moduli;Shrinkage;Sodium chloride;Specifications;Structure (composition);Studs (fasteners);Studs (structural members);Environmental corrosions;Long term performance;Mechanical behavior;Modern buildings;Shear connector;Shrinkage and creep;Steel concrete composite structures;Structural durability;Rigid structures;concrete;corrosion;creep;elastic modulus;loading;mechanical property;shrinkage;steel

摘要： Steel-concrete composite structures are widely used in modern buildings and bridges for their great rigidity, light weight, and simple construction. However, the mechanical behaviors of steel-concrete composite structures degrade over time because of environmental corrosion and long-term load. The existing research on structural durability has often focused on concrete or steel structures. Few studies have been conducted on steel-concrete composite structures, especially on structures under the coupled impact of corrosion and load. To investigate the coupled impact of corrosion and load on the performance of steel-concrete composite structures, a long-term test of 200 days was carried out on eight connectors. The corrosion of the studs was accelerated by DC current, and the test connectors were submerged in a salt solution with a concentration of 5% NaCl. Deformations including the concrete strain and relative slippage between the concrete slab and the steel beam were measured in the long-term test. The experimental results showed that at the end of the long-term test, the deformations induced by shrinkage were about three times larger than those induced by creep for the steel-concrete composite structures. Notably, the stiffness of the connectors degraded substantially with the aggravation of the corrosion of the studs, whereas the concrete strain was only slightly affected by the studs' corrosion. The measured deformations were also obviously larger than those calculated by the current specifications. As a reference, a suitable formula for the long-term elastic modulus is proposed to enhance the applicability of specifications © 2018 American Society of Civil Engineers.

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