基于ABAQUS二次开发的框架及框架-支撑结构优化研究

摘要

结构设计不仅要满足结构安全、功能适用等要求，还应做到结构体系受力合理、材料用量尽可能少。现行的“试算-验证-修改”的设计方法，得到的设计方案并非最优方案，且设计过程机械繁琐，需要消耗大量的人力资源和设计时间。因此，从增加建模效率和结构优化方面还有诸多有价值的问题值得研究。 本文针对框架结构和框架-支撑结构优化设计的一系列问题，包括梁柱截面尺寸、支撑截面面积和支撑空间位置等离散变量问题，以规范为依据建立优化数学模型，以python语言为基础编写参数化建模程序，并通过优化软件建立优化流程，实现上述问题的求解。其主要工作如下： （1）以规范中的具体条款为依据，建立关于构件截面尺寸和支撑位置的多变量、多目标、多约束的优化数学模型，并通过建立位置矩阵实现了支撑在空间位置上的随机布置。 （2）采用Python语言对ABAQUS进行二次开发，编写框架结构和框架-支撑结构的参数化建模程序，采用modeFRONTIER优化软件建立离散变量的结构优化流程，并通过三种测试函数验证本文建立优化算法的有效性。 （3）以简单平面框架结构及框架-支撑结构为例，分别对截面尺寸以及支撑位置两种离散变量进行优化，通过手动优化的结果进行检验，表明本文算法优化效率更强，搜索范围更广，结果精度更高。 （4）通过算例的优化结果得到：梁截面高度比柱截面尺寸对侧向刚度的影响更加敏感；支撑截面面积宜自下而上均匀减小；支撑位置由层间位移控制，宜按结构的层间位移大小关系进行布置。

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