斜拉桥索力优化及其工程应用

本文首先介绍斜拉桥索力优化的概念,然后通过广义影响矩阵,介绍了一种实用的斜拉桥索力优化的影响矩阵法,这种方法既可用于确定成桥合理状态的索力,也可用于施工阶段的索力优化和成桥后的索力调整,实现程序化计算十分方程,最后给出其工程应用。     

斜拉桥索力优化的强次可行序列二次规划法

提出了一种斜拉桥索力优化的实用方法-强次可行序列二次规划法. 该方法通过建立斜拉桥索力优化的非线性规划模型,以主梁和索塔的弯曲应变能为目标函数,斜拉索的索力为设计变量,结构应力和索力为约束条件,计入大跨度斜拉桥各种几何非线性因素的影响,采用强次可行序列二次规划算法进行优化求解,确定斜拉桥成桥合理状态的索力. 运用该方法对某斜拉桥进行索力优化,结果表明该方法简单、有效.     

双塔联体分幅斜拉桥塔结构模型实验索力测试结果分析

以甬江特大斜拉桥为工程背景,对其整个联塔结构进行室内模型试验研究.针对模型试验中加载斜拉索的布置位置、数量及索力的确定,提出了最少索数的索力优化方法,编制了相应的数值程序.在满足预期目标的前提下,以最少斜拉索数量为原则,确定了试验中斜拉索的优化布置及相应的优化索力及各级加载索力,对优化索力和试验中的测试索力进行比较分析,结果表明索力优化方法可行,两联塔之间索力相互影响较小.     

斜拉桥索力张拉过程的最优控制

以影响结构为基础,通过拉索张拉过程的结构分析,建立了张拉过程的最优控制数学模型,并采用综合参数法进行求解。该方法不但适合斜拉桥索力张拉过程,而且能够应用于悬索桥、拱桥的施工控制中,对同类问题有重要的参考价值。     

斜拉索各参数取值对索力测定结果的影响

为了确保频率法测定斜拉索索力的精度,以某斜拉桥中的拉索为例,采用平面非线性有限元法探讨了斜拉索各参数取值对索力值的影响,并讨论了各参数的合理取值．利用分析结果找到了不同的测试单位在该斜拉桥的索力联测中存在较大索力偏差的原因,可对施工过程中的索力精确测定提供帮助．分析结果同样适用于悬索桥和悬挂屋顶等索结构的索力测定．     

基于响应面方法的结构碰撞优化

应用响应面方法可将结构响应表达为设计变量的显式形式．为拟合响应面，基于中心复合设计和单纯形设计简化出了中心对称和拟单纯形设计，其既可以保证约束近似精度，同时降低计算量．针对常见优化问题，使用响应面方法将其构造为线性或者非线性约束优化模型，并应用Matlab优化工具箱求解．方管碰撞优化数值算例表明文中提出的试验设计方法及优化模型有较好的求解效率和精度．     

应力和位移约束下连续结构的有效拓扑优化方法

为了解决在拥有位移与应力多个约束条件下,以减少结构重量为目标函数的拓扑优化中多约束难处理的问题,本文研究了以位移约束、应力约束、应变能约束重量最小化为目标的拓扑优化关系.通过对目标函数与约束函数的解析敏度推导,证明了它们之间的等价性.得到的准则方程表明:在最优结构中,单元质量与该单元应变能之比等于结构总质量与结构总应变能之比.由于迭代准则方程中的各项都可以在 ANSYS 有限元分析中直接提取,也不必计算乘子,从而减少了优化过程中的函数调用次数,加快了优化速度.两个算例说明了该方法的简单、高效与适用性.     

解决约束违背问题的一种自适应调整方法

带约束的优化问题的目的是要找到满足等式或者不等式约束的最优点。在某些情况下,优化求解得到的\"最优点\"可能会使得某个或某几个约束条件超出目标约束限,或者在所有约束条件中的最大值远远小于目标约束限。针对这一类问题,本文提出一种在寻优过程的每一次迭代中自适应调整约束限的方法,通过动态调整迭代过程中迭代模型约束限的值,将约束条件中最大值的约束条件变为等式约束,使得迭代解始终在可行域范围内,且收敛后的最优解不违背任何约束条件。本文将该方法成功应用于位移约束下结构重量最小化拓扑优化模型,原来不满足约束条件的情况在使用该方法后都能使约束得到满足,解决了约束条件被违背的问题。     

连续体结构屈曲约束的ICM方法拓扑优化

基于ICM(独立、连续、映射)方法解决具有屈曲约束的连续体拓扑优化问题。建立以结构重量为目标,以屈曲临界力为约束的拓扑优化模型;采用独立的连续拓扑变量,借助泰勒展式将目标函数作二阶近似展开;借助瑞利商、泰勒展式、过滤函数将约束化为近似显函数,避免了灵敏度的计算;将优化模型转化为对偶规划,并利用序列二次规划求解,减少了设计变量的数目,缩小了模型的求解规模。给出三个算例,结果表明:该方法可有效地解决屈曲约束的连续体拓扑优化问题,能够得到合理的拓扑结构,并有较高的计算效率。     

斜拉桥拉索的风（雨）激振及控制

目前，国内建造了大量的斜拉桥。随着斜拉桥跨度的增大，拉索的风致振动及风雨激振问题越来越突出。本文总结了国际上的有关研究，特别是拉索风雨激振及控制研究的成果，提出了这一领域中有重要意义的研究方向。     

斜拉桥主梁振动对拉索阻尼器减振效果的影响

应用拉索索端阻尼器是大跨度斜拉桥拉索减振的主要措施之一. 将主梁、索与阻尼器组合起来作为一个振动体系,通过理论分析与试验研究相结合的方法初步研究了主梁振动对拉索附加阻尼器减振效果的影响. 建立了由索、梁和Kelvin阻尼器组成的简化理论模型; 设计了索、梁和阻尼器组合系统的简化力学试验模型; 详细研究了主梁振动对拉索附加阻尼器减振效果的影响. 理论与试验分析结果表明: 对于容易发生索、梁耦合振动的拉索,主梁振动明显降低拉索附加阻尼器的减振效果;在大跨度斜拉桥拉索的减振设计中,需考虑主梁参与振动的影响.      

考虑全桥整体振动的悬吊桥梁颤振简化分析法

本文运用虚位移原理导出了考虑全桥整体和空间运动效应的悬吊桥梁颤振简化分析法的有关公式，并以上海南浦大桥为例，与状态空间法的分析结果作了比较，证明本文方法的合理性。     

连续体结构拓扑优化应力约束凝聚化的ICM方法

为克服应力约束下拓扑优化问题约束数目多、应力敏度计算量大的困难,提出 了应力约束化凝聚化的ICM方法. 在利用Mises强度理论将应力约束转换成应变能约束后, 提出了应力约束凝聚化的两条途径：其一为应力全局化的方法,其二为应力约束集成化的方 法. 由此建立了多工况下以重量为目标、以凝聚化应变能为约束的连续体结构优化模型,并 利用对偶理论对优化模型进行了求解. 4个数值算例表明：该方法具有较高的计算效率,得 到的拓扑结构比较合理,不仅适用于二维连续体结构,也适用于三维连续体结构.     

应力和位移约束下桁架拓扑优化的有无复合体方法

按照独立连续拓扑变量的思想,将有无复合体模型由构造应力约束问题发展为应力与位移约束问题,用于桁架结构拓扑优化.基于该文提出的位移约束与拓扑变量关系的近似显式,建立了具有应力、位移约束下桁架结构拓扑优化的有无复合体模型,用序列二次规划算法求解.数值结果令人满意.这一工作表明独立连续拓扑变量的提出对于结构拓扑优化的研究是有价值的.     

连续体结构拓扑优化的高精度逼近ICM方法

采用指数类函数为快滤函数的高精度逼近ICM (independent continuous and mapping)方法, 建立了以结构重量为目 标, 应力和位移共同约束下的连续体结构拓扑优化模型. 利用结构畸变比能的方法全局化应 力约束, 单位虚载荷法显式化位移约束, 归一化约束以解决约束限数量级不一致的问题. 针 对不同性态的过滤函数, 给出了指数类快滤函数参数的取值方法. 单工况和多工况的算例表 明了高精度逼近的ICM方法处理多种约束下连续体结构拓扑优化的可行性与有效性.     

应用并行PEST算法优化地下水模型参数

基于列文伯格-马夸尔特（Levenberg-Marquardt）算法的PEST参数优化程序具有寻优速度快、健壮性好的优点,在地下水模型参数优化研究中有许多成功的应用实例。但是,对于大尺度、高精度和高复杂性的大规模地下水模拟,使用PEST进行参数优化需要大量的计算时间,优化效率较低。本文应用OpenMP并行编程方法对PEST算法进行了并行化,使之可以在共享存储并行计算机上进行参数优化的并行计算。并将此方法应用于甘肃北山区域地下水模型的参数优化中,并行实验表明,使用并行化的PEST可以将地下水模型参数优化效率提高3.7倍。
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一种改进的结构拓扑优化水平集方法

针对有限的结构设计区域,界面力的大小和作用的位置以及部分给定位移的结构边界始终保持不变的要求,为了解决基于水平集方法的结构边界演化停滞等问题,导出了基于水平集演化的结构拓扑优化所需的法向速度场.研究了由该法向速度场导出的序列解的收敛特性,并建立了一套新的结构柔顺度为目标函数,体积为约束条件的水平集演化算法,给出的算例验证了该方法的正确性和有效性.     

THE LAYOUT OPTIMIZATION OF STIFFENERS FOR PLATE-SHELL STRUCTURES

The plate-shell structures with stiffeners are widely used in a broad range of engineering structures. This study presents the layout optimization of stiffeners. The minimum weight of stiffeners is taken as the objective function with the global stiffness constraint. In the layout optimization, the stiffeners should be placed at the locations with high strain energy/or stress. Conversely, elements of stiffeners with a small strain energy/or stress are considered to be used inefficiently and can be removed. Thus, to identify the element efficiency so that most inefficiently used elements of stiffeners can be removed, the element sensitivity of the strain energy of stiffeners is introduced, and a search criterion for locations of stiffeners is presented. The layout optimization approach is given for determining which elements of the stiffeners need to be kept or removed. In each iterative design, a high efficiency reanalysis approach is used to reduce the computational effort. The present approach is implemented for the layout optimization of stiffeners for a bunker loaded by the hydrostatic pressure. The numerical results show that the present approach is effective for dealing with layout optimization of stiffeners for plate-shell structures.