定义

科技名词定义中文名称：结构优化设计；

定义：工程结构在满足约束条件下按预定目标求出最优方案的设计方法；

应用学科：水利科技（一级学科）；工程力学、工程结构、建筑材料（二级学科）；工程结构（水利）（三级学科）；

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传统的结构优化设计，实际上指的是结构分析，其过程大致是假设-分析-校核-重新设计。重新设计的目的也是要选择一个合理的方案，但它只属分析的范畴；且只能凭设计者的经验作很少几次重复以通过“校核”为满足。结构优化指的是结构综合，其过程大致可归纳为：假定-分析-搜索-最优设计四个阶段。其中的搜索过程是修改并优化的过程。它首先判断设计方案是否达到最优（包括满足各种给定的条件），如若不是，则按某种规则进行修改，以求逐步达到预定的最优指标。

发展简史

结构优化设计的设想由来已久。J．C．麦克斯韦于1854年和J．H．米歇尔于1905年就曾研究过在不加任何形状约束条件下桁架式结构的最优布局问题。他们的工作在理论上有一定意义，但所得结果往往在工艺上无法实现。到20世纪40年代，在航空结构的构件设计中提出了所谓“同步极限”准则，即认为一个构件的最优设计，应使它在受力后各部分都同时达到极限状态。求解方法一般采用经典的受等式约束的函数极小化理论。但是这种方法只能处理一些简单的问题，例如，处理形状简单的薄壁结构部件的优化问题。此外，还曾提出满应力设计准则，即认为最优结构的每一部件的应力应在至少一种工况下达到它的容许限值。对于静定结构，这个满应力准则是不难实现的，但是对于静不定结构，满应力设计需要经过多次的反复分析和修改才能完成，在还没有电子计算机的时代，这是很难实现的。60年代初，出现了现代化的结构优化设计理论和方法，它是以利用电子计算机为基础的。

基本概念

1．结构优化设计的数学模型

结构优化设计可定义为：对于已知的给定参数，求出满足全部约束条件并使目标函数取最小值的设计变量的解。

2．设计变量

设计变量指在设计过程中所要选择的描述结构特性的量，它的数值是可变的。设计变量可以是各个构件的截面尺寸、面积、惯性矩等设计截面的几何参数，也可以是柱的高度、梁的间距、拱的矢高和节点坐标等结构总体的几何参数。设计变量通常有连续设计变量和离散设计变量两种类型。

（1）连续设计变量。这类变量在优化过程中是连续变化的，如拱的矢高和节点坐标等。

（2）离散设计变量。这类变量在优化中是跳跃式变化的，如可供选用的型钢的截面面积和钢筋的直径都是不连续的。

3．目标函数

目标函数是用来衡量设计好坏的指标。采用何种指标来反映设计好坏与结构本身的技术经济特性有关。通常采用的目标函数有：结构重量、结构体积、结构造价三种。

4．约束条件

结构优化的约束条件一般有几何约束条件和性态约束条件两种。