拓扑优化设计方法在电磁结构中的应用研究

摘要：

拓扑优化问题在电磁场领域属于电磁场逆问题.对电磁磁路的拓扑优化可以极大地改善结构的性能或者减小结构的体积,同时也可以给工程设计人员提供一个更加新颖的设计方案.拓扑优化已经成为结构优化领域的一个热点,也是最具有挑战性的研究课题.本文对近年来出现在电磁优化领域的拓扑优化方法的基本理论和基本特点做了深入的总结和研究,并对其中的一些优化算法进行再改进和提高. 本文首先总结了ON/OFF拓扑优化方法的原理及特点,引入伴随变量来推导结构的灵敏度方程,分析了优化过程中出现的问题.结合单元灵敏度的再分配方法和遗传算法中的变异思想对ON/OFF方法进行改进,最大限度地克服了可能出现的单元格不连续现象,并且极大地提高了目标函数值.其次,本文研究了遗传算法应用在拓扑优化上的一些特点.不同于传统的线性串编码的遗传算法,为了增加后代的多样性,文中重点研究了遗传算法的二维编码和交叉方式.分别应用改进后的ON/OFF方法和二维遗传算法,对二维电磁致动器铁轭部分进行了优化,得到令人满意的拓扑结构,证明了两种方法的有效性.最后,结合改进后的ON/OFF方法和二维遗传算法的特点,取长避短,把两种算法进行初步的融合,应用到电磁结构的优化中去,取得更好的优化结果,并且该混合算法既没有显著地减少优化效率,又可保证算法的全局搜索能力.

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