欢迎您访问程序员文章站本站旨在为大家提供分享程序员计算机编程知识!
您现在的位置是: 首页

Topology Optimization 99

程序员文章站 2022-03-14 19:47:02
...

[MATLAB]拓扑优化99行代码

% a 99 line topology optimization code by Ole Sigmund,October 1999 
%example 60,20,0.5,3,1.5
function top99(nelx,nely,volfrac,penal,rmin)
%% initialize 初始化
x(1:nely,1:nelx)=volfrac; 
loop=0; 
change=1; 
%% start ineration 开始迭代
while change>0.01 
    loop=loop+1; 
    xold=x;
    % FE analysis 有限元分析
    [U]=FE(nelx,nely,x,penal); % 有限元模型分析,将计算得到的各个节点位移值保存在数组U中 
    % objective function and sensitivity analysis 目标函数和灵敏度分析
    [KE]=lk;  % 计算单元刚度阵 lk 
    c=0.; % 保存目标函数(柔度)的变量
    for ely=1:nely 
        for elx=1:nelx 
            n1=(nely+1)*(elx-1)+ely; 
            n2=(nely+1)*elx    +ely; 
            Ue=U([2*n1-1;2*n1;2*n2-1;2*n2;2*n2+1;2*n2+2;2*n1+1;2*n1+2],1); % 从数组 U 中根据节点*度编号 提取该单元的 位移向量 
            c=c+x(ely,elx)^penal*Ue'*KE*Ue; %  使用SIMP(Solid Isotropic Material with Penalization)材料插值模型
            dc(ely,elx)=-penal*x(ely,elx)^(penal-1)*Ue'*KE*Ue; %  求导,计算灵敏度 
        end 
    end 
    %% filtering of sensitivities 敏度过滤
    [dc]=check(nelx,nely,rmin,x,dc); %灵敏度过滤,为了边界光顺一点 
    % design update by the optimality criteria method 用最优性准则方法进行设计更新
    [x]=oc(nelx,nely,x,volfrac,dc); 
    %% print result 
    change=max(max(x-xold)) %计算x的改变量
    disp(['It.:' sprintf( '%4i',loop) '    Obj.:' sprintf('   %10.4f',c) ... 
        '   Vol.:' sprintf('%6.3f',sum(sum(x))/(nelx*nely)) ... 
        '   ch.:' sprintf('%6.3f',change)]) 
    %% plot densities 优化结果的图形显示 
    colormap(gray);imagesc(-x);axis equal;axis tight; axis off;pause(1e-6);
end    
%% FE analysis 有限元求解子程序
function [U]=FE(nelx,nely,x,penal) 
[KE]=lk; 
K=sparse(2*(nelx+1)*(nely+1),2*(nelx+1)*(nely+1)); 
F=sparse(2*(nely+1)*(nelx+1),1);
U=sparse(2*(nely+1)*(nelx+1),1); 
for elx=1:nelx 
    for ely=1:nely 
        n1=(nely+1)*(elx-1)+ely; 
        n2=(nely+1)*elx    +ely; 
        edof=[2*n1-1;2*n1;2*n2-1;2*n2;2*n2+1;2*n2+2;2*n1+1;2*n1+2]; 
        K(edof,edof)=K(edof,edof)+x(ely,elx)^penal*KE; 
    end 
end 
%% define loads and supports 定义负载和支撑
F = sparse(2*(nely+1)*(nelx+1),1,-1,2*(nely+1)*(nelx+1),1);
fixeddofs = union([1:1:2*(nely+1)],[1]);
alldofs   =[1:2*(nely+1)*(nelx+1)]; 
freedofs  =setdiff(alldofs,fixeddofs); 
% solving 求解
U(freedofs,:)=K(freedofs,freedofs)\F(freedofs,:); 
U(fixeddofs,:)=0;

%% mesh-independency filter 过滤器
function [dcn]=check(nelx,nely,rmin,x,dc) 
dcn=zeros(nely,nelx); 
for i=1:nelx 
    for j=1:nely 
        sum=0.0; 
        for k=max(i-floor(rmin),1):min(i+floor(rmin),nelx) 
            for l=max(j-floor(rmin),1):min(j+floor(rmin),nely) 
                fac=rmin-sqrt((i-k)^2+(j-l)^2); 
                sum=sum+max(0,fac); 
                dcn(j,i)=dcn(j,i)+max(0,fac)*x(l,k)*dc(l,k); 
            end 
        end 
        dcn(j,i)=dcn(j,i)/(x(j,i)*sum); 
    end 
end

%% Element stiffness matrix 单元刚度矩阵的子程序
function [KE]=lk 
E=1.;   %杨氏模量
nu=0.3; %泊松比 
k=[1/2-nu/6 1/8+nu/8 -1/4-nu/12 -1/8+3*nu/8 ... 
    -1/4+nu/12 -1/8-nu/8 nu/6   1/8-3*nu/8]; 
KE=E/(1-nu^2)*[ k(1)  k(2)  k(3)  k(4)  k(5)  k(6)  k(7)  k(8)   
                k(2)  k(1)  k(8)  k(7)  k(6)  k(5)  k(4)  k(3) 
                k(3)  k(8)  k(1)  k(6)  k(7)  k(4)  k(5)  k(2) 
                k(4)  k(7)  k(6)  k(1)  k(8)  k(3)  k(2)  k(5) 
                k(5)  k(6)  k(7)  k(8)  k(1)  k(2)  k(3)  k(4) 
                k(6)  k(5)  k(4)  k(3)  k(2)  k(1)  k(8)  k(7) 
                k(7)  k(4)  k(5)  k(2)  k(3)  k(8)  k(1)  k(6) 
                k(8)  k(3)  k(2)  k(5)  k(4)  k(7)  k(6)  k(1)];

%% optimality criteria update 优化迭代模块
function [xnew]=oc(nelx,nely,x,volfrac,dc) 
l1=0;
l2=100000;
move=0.2; 
while (l2-l1>1e-4) 
    lmid=0.5*(l2+l1); 
    xnew =max(0.001,max(x-move,min(1.,min(x+move,x.*sqrt(-dc./lmid))))); %这里是 OC 算法的核心所在
    if sum(sum(xnew))-volfrac*nelx*nely>0 
        l1=lmid; 
    else 
        l2=lmid; 
    end 
end
相关标签: matlab 拓扑学