HyperWorks模拟实验炮支撑架优化设计与分析(4)
结构拓扑优化是近20年来从结构优化研究中派生出来的一个新分支，它被认为是在计算结构力学中最富挑战性的一类研究工作。目前结构拓扑优化在工程实际中应用研究还很不成熟，在国外处在发展的初期,国内更是尚属于起步阶段。
人们在从事工程项目设计时，总是希望在满足一定环境条件和一些使用要求下达到方案最佳，这就是所谓的工程优化问题。实现方案最佳的一系列数学方法称为最优化方法，简称优化方法。优化方法在解决工程问题中的正确应用称为优化技术。20世纪50年代以前，用于解决最优化问题的数学方法还仅限于经典微分法和变分法，称为经典优化方法。50年代以后，随着近代科学技术与生产的迅速发展，经典优化技术已远不能适应发展的需要。在50年代末，优化方法中的数学规划方法被首次用于结构最优化并取得巨大成功，成为优化方法的理论基础。电子计算机的出现、发展与普及，进一步促进了优化技术的发展。目前优化方法已成为数学中的一个重要分支。优化方法日趋—完善，包括的内容和应用范围日趋扩大。线性规划、非线性规划、几何规划、动态规划、随机规划等优化方法不仅应用于结构设计，近年来已陆续应用到建筑、造船、化工、冶金、交通、航空、机械制造、自动控制、电力等行业。人们已清楚地看到，将优化方法应用于设计，不仅可以大大地缩短设计周期，显著地提高设计质量，而且还可以解决传统设计方法无法解决的复杂设计问题。
优化方法的发展用数学的方法来实现优化叫做优化方法。17世纪后期微积分出现后，人们才开始严密地从数学角度论述最大最小的问题。微积分学对工程学的发展起到了极大的推动作用。泛函数的极大极小值问题，最初是由Bernoulli研究变分法开始研究的。Euler、Lagrange等解开了以等圆周长问题、最速下降线等问题为代表的许多具体课题。其中Lagrange的研究成果对以后力学的形成产生了极大的影响。可是，即使用微分法或变分法对实际模型给予模型化，在出现复杂的非线性微分方程的情况下，求出其理论解也是相当困难的，所以用新的数值解法变得相当紧迫。正因如此，解决工程方面实际问题的优化方法就显得极其重要。数学规划法(mathematical programming)的出现和计算机技术的发展推动了优化方法的进一步发展。20世纪50年代产生了线性规划法，60年代产生了非线性规划法。之后，现在统称为“数学规划法”的各种优化方法得到了飞速的发展。近年来，由于科学技术的需要和以微机为代表的计算机软硬件的发展，以及辅助设备性能的提高，带来了计算机使用范围的急剧扩大。把计算机应用到设计、生产、工程的CAD／CAM／CAE中的技术也得到了长足的发展，优化方法应用的范围也越来越广泛。在这种形势下，工程问题优化方法的实用化迎来了一个崭新的局面。
结构优化理论是上世纪50年代出现的一种新的设计方法。它是以最优化数学理论为基础，借助电子计算机选择最优化设计方案的一种优化技术。目前优化方法已成为数学的一个重要分支。将优化理论应用于设计，不仅可以大大缩短设计周期，显著提高设计质量，而且还可以解决传统设计方法无法解决的复杂设计问题。
结构拓扑优化是近20年来从结构优化研究中派生出来的新分支，它在计算结构力学中已经被认为是最富挑战性的一类研究工作。目前有关结构拓扑优化的工程应用研究还很不成熟，在国外处在发展的初期,尤其在国内尚属于起步阶段。1904 年Michell在桁架理论中首次提出了拓扑优化的概念。自1964 年Dorn等人提出基结构法,将数值方法引入拓扑优化领域，拓扑优化研究开始活跃。20 世纪80 年代初，程耿东和N.Olhoff在弹性板的最优厚度分布研究中首次将最优拓扑问题转化为尺寸优化问题，他们开创性的工作引起了众多学者的研究兴趣。1988年Bendsoe和Kikuchi发表的基于均匀化理论的结构拓扑优化设计，开创了连续体结构拓扑优化设计研究的新局面。1993年谢忆民和Steven G P 提出了渐进结构优化法。1999年Bendsoe和Sigmund证实了变密度法物理意义的存在性。2002年罗鹰等提出三角网格进化法，该方法在优化过程中实现了退化和进化的统一，提高了优化效率。