汽车车架结构参数的优化设计

本文采用有限元和优化设计相结合的，恰当地解决了通用约束的非线性规划问题。通过对汽车车架结构特点的分析，提出了车架结构参数优化的数学模型，讨论了车架的各种约束条件，并采用混合罚函数法对实例进行了优化设计。     

车架结构动力修改与力响应模拟技术研究

以某轻型越野汽车车架为研究对象,通过对该型车辆特定路面行驶工况下路面激励响应特性的研究,构造了模拟载荷谱. 结合车架结构试验模态模型,采用力响应模拟分析技术,对基于舒适性准则进行结构修改后的车架动态特性进行了模拟力响应对比分析,结果表明,力响应模拟分析技术是进行结构动态优化设计的高效手段.     

汽车车架动态应变响应特性的概率统计分析

在恶劣道路激励下,较大的往复动应力促使了重型汽车车架疲劳现象的产生,本通过对某重型汽车车架动态应变响应信号的数理统计分析,根据结构关键测点动应力大于３σ值的概率,提出了一种结构动强度分析的简单方法。     

基于遗传算法的雷达天线罩优化设计

本文采用遗传算法，对雷达天线罩在满足透波率和结构静强度的约束下，进行结构壁各层厚度的优化，使其结构重量最轻。设计实例表明，该方法对复杂的结构优化问题能够获得较好的优化结果。     

桁架拓扑优化的多点逼近遗传算法

提出一种基于多点逼近函数和遗传算法的桁架拓扑优化方法。该方法建立了包含连续尺寸和离散拓扑两类变量的优化模型，并通过构造多点逼近函数建立了结构优化问题的第一级序列显式近似，然后采用分层优化方法：在外层对拓扑变量采用遗传算法进行优化；在内层对尺寸变量通过可由对偶法求解的第二级序列近似问题进行优化。几个经典的桁架拓扑优化算例表明该方法能以较少的结构分析次数获得比较理想的概率意义上的最优解。     

人机交互的航天器结构优化设计

针对航天器结构设计过程的特点，采用人机交互方法对某型卫星结构进行优化。其中结构的截面尺寸以数学寻优方法确定，而拓扑布局以交互方式调整，应用结果表明这种优化方法高效、可行。     

广义变分原理的结构形状优化伴随法灵敏度分析

提出了一种利用伴随变量进行结构形状优化灵敏度分析的新方法. 基于广义变分原理， 考虑了形状优化中位移边界条件的变化对结构响应的影响. 新方法弥补了Arora 等人所提出的形状优化灵敏度分析变分原理中的缺陷，为采用伴随法进行灵敏度分析提供了 新的框架.     

蜂窝夹芯圆环的拓扑优化设计及尺度效应研究

采用尺度关联的一体化设计方法开展了旋转周期圆环结构的拓扑优化设计研究，以宏观 结构的最大刚度为目标，研究了材料表征体胞尺度、构型以及不同载荷作用形式对蜂窝夹芯 圆环结构优化结果的影响. 所提出的无量纲结构构型因子实现了优化结构的结构效率量化评 估. 结合SIMP材料模型和周长控制方法，实现了宏观结构和细观表征体胞的优化设计，获得 清晰的材料分布. 数值算例表明，尺度关联的一体化设计方法能有效地完成圆环结构的拓扑 优化设计，设计结果充分反映体胞尺度效应对旋转周期圆环结构夹芯构型的影响.     

二进制码实数码及非一致变异对结构遗传设计的影响

讨论了在遗传设计中，二进制码、实数码及非一致变异策略对桁架结构优化的影响。指出普通实数码在求解重量最轻的最优桁架结构时，最佳适应度与收敛速度比二进制码优越，但平均适应度相差不大。采用非一致变异策略后，最佳适应度与平均适应度比普通实数码和二进制码都要好。说明了对于带约束的桁架结构优化采用非一致变异策略实数编码方法更加有效、方便。     

桁架结构重分析的一种新方法

本文依据有限元的原理，建立了杆单元基本位移的计算方法，给出了在桁架结构拓扑优化重分析中的新方法，该方法将优化计算的结构设计变量与性态参数之间的关系以显式的形式表达出来，故在结构拓扑优化过程中，不需要再反复地用有限元方法对新产生的拓扑结构进行重分析，节省了大量的计算时间，同时，由于采用了相对基础结构的基本位移修正的方法，不仅减少计算的累积误差，也避免了由于可能出现的几何可变情况而使拓扑优化计算过程中     

基于移动可变形组件法(MMC)的运载火箭传力机架结构的轻量化设计

传力机架是运载火箭箭体与发动机连接的关键部件,负责将发动机推力载荷有效的传递至箭体,其结构的轻量化设计不仅可以保障火箭发动机的推重比、提高火箭的稳定性,还可以为我国未来可重复使用式火箭的研究提供一定的参考.本文在移动可变形组件(moving morphable component, MMC)的框架下,提出了一种解决传力机架结构轻量化设计的方法.在该方法中,机架结构的拓扑通过一组具有显式几何信息的组件来表示,这使最终优化布局可以被少量的设计变量所描述.通过分析传力机架结构设计的特点和要求,以刚度最大化为目标,体积分数(保证结构重量)为约束,建立了基于MMC显式拓扑优化方法下的问题列式.同时搭建了可对工程中传力机架结构轻量化设计的平台,并进行相应结构的拓扑优化.在两种载荷工况(即零位状态和摇摆状态)作用下,最终优化结果在中间推力载荷区域与锥段相连位置之间,所形成的较大翼板结构增强了传力机架的抗弯能力.通过与传统机架结构的对比,证明了本文所提出方法在传力机架结构轻量化设计方面的有效性.     

Study on mechanical characteristics and safety evaluation method of steel frame structure after fire

Mechanical characterization of steel frame structure after fire are analyzed based on fire dynamics, heat transfer theory, structural mechanics, and finite element theory. We study the temperature characteristics and mechanical properties of steel frame structure under different fire locations and propose a safety evaluation method. We also analyze damage level of main frame components, maximum temperature of fire, thermal characteristics of frame components, firing duration, etc. to provide useful information for fire resistance design of the steel frame structure and post-disaster safety evaluation.     

基于自动分组遗传算法的建筑结构体系与构件尺寸协同优化设计

研究了利用结构优化方法实现建筑结构体系选择的问题。文中建立了可以覆盖框架、框架-剪力墙和巨型结构三种体系的优化模型,并采用自动分组遗传算法求解,实现了结构体系与构件尺寸的协同优化。文章特别设计了三类模块,每类模块通过专门构造的含有多个分量的设计变量来表示,按一定方式组合这些模块可得到不同体系的结构。巨型结构中,巨型构件的设计变量表示方法和惯性矩计算方法满足提出的三条假设。基于精心构造的设计变量和三条相关假设,文中建立了以结构总材料用量最少为目标,考虑强度、刚度、分组及构造要求等约束条件的优化模型,采用自动分组遗传算法研究了40层、10层、6层三种高度建筑的优化设计。在相同外荷载条件下,它们的最优设计分别为巨型结构、框架-剪力墙和框架结构。     

Concurrent multi-scale design optimization of composite frame structures using the Heaviside penalization of discrete material model

This paper deals with the concurrent multi-scale optimization design of frame structure composed of glass or carbon fiber reinforced polymer laminates. In the composite frame structure, the fiber winding angle at the micro-material scale and the geometrical parameter of components of the frame in the macro-structural scale are introduced as the inde-pendent variables on the two geometrical scales. Considering manufacturing requirements, discrete fiber winding angles are specified for the micro design variable. The improved Heaviside penalization discrete material optimization inter-polation scheme has been applied to achieve the discrete optimization design of the fiber winding angle. An optimiza-tion model based on the minimum structural compliance and the specified fiber material volume constraint has been estab-lished. The sensitivity information about the two geometrical scales design variables are also deduced considering the char-acteristics of discrete fiber winding angles. The optimization results of the fiber winding angle or the macro structural topology on the two single geometrical scales, together with the concurrent two-scale optimization, is separately studied and compared in the paper. Numerical examples in the paper show that the concurrent multi-scale optimization can fur-ther explore the coupling effect between the macro-structure and micro-material of the composite to achieve an ultra-light design of the composite frame structure. The novel two geometrical scales optimization model provides a new oppor-tunity for the design of composite structure in aerospace and other industries.     

复合材料框架结构刚度几何双尺度优化设计

航空航天结构对超轻质大跨度框架类结构提出了迫切的需求,考虑纤维增强复合材料框架结构宏观与微观的可设计性,基于结构与材料一体化优化理念,研究了复合材料框架结构宏观拓扑与微观纤维铺层参数并发优化的双尺度优化问题。以宏观管件构件内半径与微观连续纤维缠绕角度为两类独立的设计变量,建立了以最小化结构柔顺性为目标函数、材料用量为约束的双尺度复合材料框架结构优化列式,给出了宏微观设计变量灵敏度信息的求解算法。讨论并对比了单尺度微观纤维缠绕角度优化、宏观截面拓扑优化与宏微观双尺度并发优化。数值算例表明,双尺度并发优化设计可进一步发掘结构与材料的承载潜力,实现既定性能下的结构轻量化设计。     

基于敏度阈值拓扑优化方法在飞机加强框设计中的应用

为了能够有效地降低飞机结构承力件的重量,针对飞机骨架,以加强框的概念设计为研究内容,通过对“敏度阈值”概念的分析,指出其不足,提出了“改进的敏度阈值”概念,并与“约束补偿”策略结合而形成新的拓扑优化算法,用于加强框的材料布局设计．多个算例中的拓扑优化结果均显示其结构型式十分新颖,值得深入地探讨．     

按不允许破坏状态反演优化设计钢筋混凝土框架

按在给定荷载作用下结构所不允许发生的破坏，确定结构应有的有关参数(如钢筋混凝土框架结构的配筋率、混凝土标号、截面尺寸等)，是不同于传统结构设计的一种新的设计理念。结合根据结构的破坏状态反演确定结构的有关参数的方法和结构优化设计的思想，本文提出了一种根据结构在遭遇灾难性荷载时“不倒”的设计原则进行结构优化设计的方法，谓为反演优化设计两步法，首先采用奖惩法确定可行点，给出可用的结构参数，然后再进行定向搜索，给出最优的结构参数。文中通过具体算例，说明该方法对钢筋混凝土框架结构按不允许的破坏状态进行优化设计基本上是可行和有效的。     

基于三线性分灾模型的结构多目标抗震优化设计

基于分灾抗震设计概念,发展了基于三线性分灾模型的结构多目标优化设计方法。以防屈曲支撑为分灾构件的框架结构为例,针对分灾构件设计参数,采用多目标遗传算法进行分灾结构多目标优化设计。最终得到了分灾框架结构分灾构件用量和层间位移角等重要特性的多目标优化关系,并进行了相关讨论。结果表明,结构多目标分灾优化模型可以综合考虑结构造价和抗震性能等,并可以根据目标偏好有效地满足设计需求;分灾构件对抗震性能的作用随着震级增大而增强,使用分灾构件的结构能够更好地抵御强震的作用。     

基于塑性铰理论的车身概念设计正碰分析与优化方法

在概念设计阶段,车身碰撞安全性能评价是一个难点问题,需要详细的结构模型,本文基于塑性铰理论提出采用梁单元简化模型对框架车身进行概念设计阶段的耐撞性评估和优化设计方法。首先,介绍了关于箱型截面薄壁梁弯曲特性研究的理论模型与计算过程,接着赋予梁单元塑性铰的特性,模拟薄壁梁变形,再对框架车身进行了碰撞仿真。将仿真结果与详细模型对比,以分析简化模型的精度及可靠性。最后,以此为基础对框架车身进行耐撞性优化。结果表明,该简化模型易于创建,且有较高的精度,可用于概念设计阶段梁结构的设计工作。