從形式幾何最佳化到形態最佳化設計之整合

Integration of Structural Topology Optimization and Shape Optimization

郭雨水(Guo, Yu Shuei)

指導教授 ： 徐業良

元智大學/工程學院/機械工程學系/碩士(1995年)

摘要

在進行形態最佳化設計時，必須先給定一個初始設計模型，進而設計出結
構的最佳形態，然而在形態最佳化設計過程中，並無法改變結構的形式幾
何，如果結構的初始設計〞不佳〞，則依據此形式幾何經過型態最佳化設
計，所得之結果是在這個形式幾何之下的最佳設計，對整個結構來說可能
不是最佳的，而結構最佳化設計的另一個領域，形式幾何最化設計，目的
正好是幫助設計者尋找較佳的初始設計形式幾何，本研究擬整合形式幾何
最佳化與形態最佳化為一完整的結構型態最佳化設計程序，將形式幾何最
佳化設計作為概念設計，此階段著重在結構的整體特性，如：結構順從度
，剛性或最小自然頻率等，並利用形式幾何最佳化設計所得的設計結果，
作為形態最佳化設計的初始設計模型，在利用形態最佳化設計對結構進行
細部設計，此階段著重在結構的區域特性，尤其以區域應力較為工程師所
重視且重要的限制條件，並結合二維零次形態最佳化演算程序：骨架曲率
函數法，進而求取結構的最佳設計型態

關鍵字

形式幾何最佳化 ； 形態最佳化 ； 骨架曲率函數法

並列摘要

An initial design model has to be defined before strating shape
optimization. In shape optimization, the designer can not change
the topology of the structure. If the topology of the initial
design model is not "optimal," the result, after shape
optimization, using this initial topology, is only the "optimum"
design under this topology. Therefore the purpose topology of
the structure. This research attempts to integrate topology
optimization and shape optimization into one complete design
process. First,we use topology optimization as a conceptual
design process. In topology optimization, the global property (
For example, compliance, stiffness, and smallest nature
frequency, etc., ) is considered. The result from topology
optimization is used to define the initial design model for
shape optimization. Then shape optimization is viewed as the
detail design process of the structure. In shape optimization,
the local property is considered. Especially, the local stress
is the most important constraints thatis consider by engineers.
Finally, we use two dimensional zeroth order shape optimization
algorithm, namely the Skeleton Curvature Function Method, to
find the optimal design of the structure.

並列關鍵字

Topology Optimization ； Shape Optimization ； Skeleton Curvature Function Method