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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
可铸造性十字板式节点拓扑优化设计研究
  • 67
  • 作者

    余永强韩文哲王超

  • 单位

    河南理工大学土木工程学院河南大学土木建筑学院

  • 摘要
    目的:十字板式节点在空间结构工程中应用广泛,采用传统结构拓扑优化方法对其构型进行优化设计后,所得优化结果往往因具有复杂几何构型而面临铸造困难。为此,引入考虑铸造约束的结构拓扑优化方法,对这一典型空间结构节点进行可铸造性结构拓扑优化设计研究。方法:在密度法框架下,以结构柔顺度最小化(等价于结构刚度最大化)为目标,建立同时考虑材料体积和铸造约束条件的结构拓扑优化模型;利用密度过滤与阈值投影相结合的优化技术来减少优化设计中的中间密度单元;采用P-norm函数来解决铸造约束函数面临的可微性问题。在此基础上,分别进行了基于典型2D和3D十字板式节点的可铸造性结构拓扑优化设计对比研究。结果:结果表明:采用集成铸造约束条件的结构拓扑优化方法,可有效解决传统十字板式节点拓扑优化设计所面临的铸造困难问题;不同脱模方向与材料体积均会导致不同的节点设计,合理的脱模方向以及充足的材料有利于获取高性能节点设计;过滤半径与网格密度主要影响节点的优化设计质量,过滤半径越小,节点设计越精细,而网格密度越细密,节点设计则越光滑。结论:本文方法获得的优化设计不仅具有创新构型且满足可铸造性要求,将为可铸造性铸钢节点优化设计提供有益参考。
  • 关键词

    拓扑优化十字板式节点可铸造性铸钢节点空间结构

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