Supplemental damping devices present an attractive means to improve the structural system. Typically, dampers are designed after the structural system is selected, and they are added to increase structural damping and effectively reduce the dynamic response. On the other hand, topology optimization offers a possibility to obtain an efficient structural system but not the damper placement. Therefore, this study proposes a framework to obtain simultaneously optimal topology as well as the size and spatial distribution of discrete supplemental viscous damping devices for stochastically-excited buildings. The excitation is modeled as a stationary zero-mean filtered white noise, the excitation model is combined with the structural model to form an augmented representation, and the stationary covariances of the structural responses of interest are obtained by solving a Lyapunov equation. The objective function is defined in terms of the stationary covariance. A gradient-based method is used to update the design variables, and the sensitivities are computed using an adjoint method requiring the solution of an additional Lyapunov equation. The proposed topology optimization scheme is illustrated to obtain the optimal lateral resisting system together with the discrete dampers distribution for buildings subjected to stochastic ground motion. The results presented herein demonstrate the efficiency of the proposed approach to perform simultaneous optimization of topology and damper distribution of stochastically excited structures.

中文翻译：

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随机激励下建筑物拓扑结构和附加阻尼分布的同时优化

补充阻尼装置是改进结构系统的一种有吸引力的手段。通常，阻尼器是在结构体系选定后设计的，加入阻尼器是为了增加结构阻尼，有效降低动力响应。另一方面，拓扑优化提供了获得有效结构系统而不是阻尼器放置的可能性。因此，本研究提出了一个框架，以同时获得随机激励建筑物的离散补充粘性阻尼装置的最佳拓扑结构以及尺寸和空间分布。激励被建模为平稳的零均值滤波白噪声，激励模型与结构模型结合形成增强表示，并且通过求解 Lyapunov 方程获得感兴趣的结构响应的平稳协方差。目标函数是根据平稳协方差定义的。使用基于梯度的方法来更新设计变量，并使用需要求解附加李雅普诺夫方程的伴随方法计算灵敏度。说明了所提出的拓扑优化方案，以获得最佳横向抗力系统以及受随机地面运动影响的建筑物的离散阻尼器分布。此处给出的结果证明了所提出的方法对随机激励结构的拓扑和阻尼器分布进行同步优化的效率。目标函数是根据平稳协方差定义的。使用基于梯度的方法来更新设计变量，并使用需要求解附加李雅普诺夫方程的伴随方法计算灵敏度。说明了所提出的拓扑优化方案，以获得最佳横向抗力系统以及受随机地面运动影响的建筑物的离散阻尼器分布。此处给出的结果证明了所提出的方法对随机激励结构的拓扑和阻尼器分布进行同步优化的效率。目标函数是根据平稳协方差定义的。使用基于梯度的方法来更新设计变量，并使用需要求解附加李雅普诺夫方程的伴随方法计算灵敏度。说明了所提出的拓扑优化方案，以获得最佳横向抗力系统以及受随机地面运动影响的建筑物的离散阻尼器分布。此处给出的结果证明了所提出的方法对随机激励结构的拓扑和阻尼器分布进行同步优化的效率。说明了所提出的拓扑优化方案，以获得最佳横向抗力系统以及受随机地面运动影响的建筑物的离散阻尼器分布。此处给出的结果证明了所提出的方法对随机激励结构的拓扑和阻尼器分布进行同步优化的效率。说明了所提出的拓扑优化方案，以获得最佳横向抗力系统以及受随机地面运动影响的建筑物的离散阻尼器分布。此处给出的结果证明了所提出的方法对随机激励结构的拓扑和阻尼器分布进行同步优化的效率。