定義:
科技名詞定義中文名稱:結構優(yōu)化設計;
定義:工程結構在滿足約束條件下按預定目標求出最優(yōu)方案的設計方法;
應用學科:水利科技(一級學科);工程力學、工程結構、建筑材料(二級學科);工程結構(水利)(三級學科);
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傳統(tǒng)的結構優(yōu)化設計,實際上指的是結構分析,其過程大致是假設-分析-校核-重新設計。重新設計的目的也是要選擇一個合理的方案,但它只屬分析的范疇;且只能憑設計者的經驗作很少幾次重復以通過“校核”為滿足。結構優(yōu)化指的是結構綜合,其過程大致可歸納為:假定-分析-搜索-最優(yōu)設計四個階段。其中的搜索過程是修改并優(yōu)化的過程。它首先判斷設計方案是否達到最優(yōu)(包括滿足各種給定的條件),如若不是,則按某種規(guī)則進行修改,以求逐步達到預定的最優(yōu)指標。
發(fā)展簡史:
結構優(yōu)化設計的設想由來已久。J.C.麥克斯韋于1854年和J.H.米歇爾于1905年就曾研究過在不加任何形狀約束條件下桁架式結構的最優(yōu)布局問題。他們的工作在理論上有一定意義,但所得結果往往在工藝上無法實現(xiàn)。
到20世紀40年代,在航空結構的構件設計中提出了所謂“同步極限”準則,即認為一個構件的最優(yōu)設計,應使它在受力后各部分都同時達到極限狀態(tài)。求解方法一般采用經典的受等式約束的函數(shù)極小化理論。
但是這種方法只能處理一些簡單的問題,例如,處理形狀簡單的薄壁結構部件的優(yōu)化問題。此外,還曾提出滿應力設計準則,即認為最優(yōu)結構的每一部件的應力應在至少一種工況下達到它的容許限值。對于靜定結構,這個滿應力準則是不難實現(xiàn)的,但是對于靜不定結構,滿應力設計需要經過多次的反復分析和修改才能完成,在還沒有電子計算機的時代,這是很難實現(xiàn)的。60年代初,出現(xiàn)了現(xiàn)代化的結構優(yōu)化設計理論和方法,它是以利用電子計算機為基礎的。