结构优化设计 (optimum structural design)在给定约束条件下,按某种目标(如重量轻、成本低、刚度大等)求出的设计方案,曾称结构设计,相对于“结构分析”而言,又称“结构综合”;如以结构的重量小为目标,则称为小重量设计。
结构优化设计的数学模型
结构优化设计可定义为:对于已知的给定参数,求出满足全部约束条件并使目标函数取最小值的设计变量的解。
目标函数
目标函数是用来衡量设计好坏的指标。采用何种指标来反映设计好坏与结构本身的技术经济特性有关。通常采用的目标函数有:结构重量、结构体积、结构造价三种。
设计变量
设计变量指在设计过程中所要选择的描述结构特性的量,它的数值是可变的。设计变量可以是各个构件的截面尺寸、面积、惯性矩等设计截面的几何参数,也可以是柱的高度、梁的间距、拱的矢高和节点坐标等结构总体的几何参数。
设计变量通常有连续设计变量和离散设计变量两种类型:
约束条件
结构优化的约束条件一般有几何约束条件和性态约束条件两种:
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案例1: 轮毂结构优化分析
案例2:带轮结构优化设计
案例3:支架结构优化分析