SIMP拓扑优化在拉压杆模型中的应用研究

"SIMP拓扑优化的拉压杆模型研究 (2013年)——烟台大学学报(自然科学与工程版)，2013年7月，作者：陈林、逯静洲、徐娜、朱旭" 这篇文章是2013年发表于《烟台大学学报（自然科学与工程版）》的一篇研究论文，主要探讨了基于Solid Isotropic Material with Penalization (SIMP)算法的拓扑优化在建立拉压杆模型中的应用。SIMP是一种常用的结构优化方法，通过应变能最小化来寻找结构最优的设计。该研究深入分析了利用SIMP法进行拓扑优化设计拉压杆模型的流程，并系统地研究了影响这种建模过程的关键因素。 研究者提出了一套原则，将优化后的拓扑结构转换为实际的拉压杆模型。为了验证这种方法的有效性，他们对一个简支开洞深梁构建了多种不同的拉压杆模型，并与基于SIMP法的拓扑优化模型进行了对比。对比指标包括结构的承载能力以及有效系数。结果显示，基于SIMP的拉压杆模型在保持较高承载能力的同时，实现了应变能和钢筋体积比的最小化，显示出其在结构效率方面的优越性。 拉压杆模型，又称Strut-and-Tie Model (STM)，通常用于钢筋混凝土结构分析，它将结构简化为混凝土压杆和钢筋拉杆的桁架系统。STM不仅适用于线性应力应变区（B区），也能处理应力应变不连续的区域（D区）。在复杂的结构设计中，STM提供了清晰的力学概念和传力路径。然而，建立拉压杆模型时，由于设计者的主观判断，可能导致不同的设计方案，这在实际应用中可能会带来困扰。 这篇论文的贡献在于为解决这一问题提供了新的思路，即通过SIMP算法进行拓扑优化，减少了模型选择的主观性，提高了拉压杆模型的合理性。同时，通过实例验证了SIMP优化方法在提高结构性能和减少材料使用上的有效性，这对于结构工程的设计和优化具有重要的指导意义。该研究为后续的结构优化设计提供了理论支持，特别是在混凝土结构和深梁设计领域。