Methods and software development for sectional and topological optimization of frame structures : thèse pour le doctorat en sciences spécialité Mécanique appliquée

par Jia-Zheng Du

Thèse de doctorat en Mécanique appliquée

Sous la direction de Ying Qiao Guo.

Soutenue en 2004

à Reims .

  • Titre traduit

    Méthodes et implantation pour l'optimisation de section et de topologie des structures de poutre


  • Résumé

    Afin de satisfaire les besoins industriels en calcul et optimisation des structures, des méthodes de l'optimisation de section et de topologie de structures de poutre ont été étudiées et des logiciels pertinents basés sur ces méthodes ont été développés en utilisant les logiciels MSC/Patran-Nastran comme plate-forme. En combinant la méthode de critère d'optimalité et la méthode de programmation mathématique, différentes méthodes sont utilisées pour traiter les limitations avec différentes propriétés. Le modèle original de l'optimisation de section est transformé en un problème dual selon la théorie duale pour améliorer l'efficacité de résolution. La méthode de "Approximate Scaling Step" et la méthode d'Elimination des Limitations Négatives permettent d'accélérer la procédure d'optimisation. Basé sur la méthode ICM (Independent Continuous Mapping), un modèle de l'optimisation topologique utilisant les variables continues (entre 0 et 1 au lieu de 0 ou 1) est établi. Trois critères de convergence sont introduits pour obtenir rapidement et précisément la topologie optimale d'une structure. Pour ne pas éliminer les éléments ayant leur variable topologique nulle au cours de l'optimisation, la méthode de faible matériau est utilisée et comparée à la méthode de section minime. L'optimisation de topologie dans plusieurs cas de chargement est étudiée sous trois types de limitations : les limitations locales de contraintes, les limitations globales de déplacements et leur combinaison. Les méthodes ci-dessus ont été implantées dans les logiciels MSC/Patran&Nastran. Des exemples ont montré une amélioration importante de l'efficacité et de la précision dans l'optimisation de section et de topologie


  • Résumé

    To satisfy the requirement on computation and optimization of frame structures in the engineering field, some sectional and topological optimization methods of frame structures are studied and a relevant software based on the present study is developed using the MSC/Patran&Nastran software as platform. Combining the optimality criteria method and the mathematical programming method, several methods are adopted to deal with the constraints with different properties. The original sectional optimization model is transformed into a dual problem according to the dual theory in order to reduce the number of the design variables so speed up the resolution. The methods of Approximate Scaling Step and Deletion of Negative Constraints also largely improve the efficiency. Based on the ICM (Independent Continuous Mapping) method, a topological optimization model with continuous topological variables (between 0 and 1 instead of 0 or 1) is built. In order to quickly and accurately obtain the optimum topological structures, three criteria are introduced and a self-adaptive algorithm is proposed. To deal with the elements with their null topological variable, the weak material method is proposed and compared with the tiny section method. The topological optimization for multi-loading cases is studied with three conditions: the local stress constraints, the global displacement constraints and their combination. According to the above methods, the MSC/Patran&Nastran software is secondly developed. The examples clearly show the notable improvement of the efficiency and accuracy

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Informations

  • Détails : 121 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 118-120

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  • Bibliothèque : Université de Reims Champagne-Ardenne. Bibliothèque universitaire. Bibliothèque Moulin de la Housse.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 04REIMS019
  • Bibliothèque : Université de Reims Champagne-Ardenne. Bibliothèque universitaire. Bibliothèque Moulin de la Housse.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 04REIMS019Bis
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