基于层次分解方法的桁架结构形状优化

对于桁架结构形状优化,应用层次分解优化方法,将设计变量分成杆件截面积和节点位置两类变量。求解时分为两层,第一层在给定节点位置下对杆件截面进行优化,同时考虑了应力、局部稳定约束和位移约束的重量最轻;第二层假定截面层的有效位移约束作用不变,求解一个使桁架刚度增强的二次规划问题,获得既不违反约束,又使目标函数不上升的新的节点位置,再返回第一层。两层交替进行直至收敛。     

预应力索-桁架结构形状优化设计

就预应力索-桁架结构形状优化设计问题,考虑了施加预应力阶段、预应力与荷载共同作用阶段的性态约束条件,建立了设计变量包括截面尺寸、索力值、杆件及索节点坐标的形状优化数学模型;在求解方法上将设计变量分为两个子空间:第一子空间为索力值和截面尺寸优化设计空间,第二子空间为形状优化设计空间; 第一子空间给出新的求解方法以减轻结构重量,第二子空间用节点渐进法优化结构形状和布索位置以增加结构刚度.算例表明,该方法能使结构重量逐步减轻,结构刚度不减,形状逐步达到最优.     

最优步长因子法在桁架结构尺寸优化方面的应用

针对桁架结构尺寸优化的特性,依据原约束优化问题的对偶函数关于KKT乘子的一阶偏导数确定乘子的寻优方向;依据对偶函数的极值必要条件和约束优化问题的KKT条件,推导乘子迭代的最优步长因子;依据广义Lagrange函数关于各杆横截面积一阶偏导数应为零的极值必要条件,推导出求解该非线性方程组的优化迭代求解式及其步长因子;通过2种不同约束条件的10杆桁架结构尺寸优化算例验证了本文方法可自动确定各迭代求解式中的步长因子;与已有文献采用序列二次规划法的算例相比,本文方法无需采用一维搜索法寻找步长因子,可大幅度减少计算时间。     

结构形状优化设计数值方法的研究和应用

本文论述了连续体结构形状优化设计数值方法的研究和应用进展,讨论了结构模型化、灵敏度分析、优化方法改进、优化实用软件开发以及同CAD技术相结合等问题,介绍了在结构优化设计软件MCADS中采用的方法,并通过工程实例说明了结构形状优化设计的应用及其价值。     

基于频响函数约束的桁架结构尺寸优化设计

研究了在给定频带内随机激励作用下,以结构质量最小为设计目标、以频响幅值为约束的桁架结构动力截面尺寸的优化设计,避免了对外激励作任何假设。在给定的激振频段上,以特定控制点的频响幅值近似代表整个频带上频响函数的变化情况。采用渐进优化方法,通过设计变量的灵敏度分析,使频响函数幅值整体得到有效下降,结构的质量增加最少,间接达到最小值。本方法可使结构的固有频率基本保持不变。最后通过两个典型算例验证了本文所提优化策略和算法的有效性。     

结构形状优化与智能模型化

阻碍形状优化软件广泛应用的障碍之一是依据自然设计度量描述和建立设计模型、分析模型、优化模型以及实现三个模型之间的转换.本文称这一困难为结构形状优优设计软件的适用性.本文提出了一种方法用来动态地确定平面连续体结构形状优化过程中的边界,应用基于人工智能方法的启发式规则与技术,自动生成由设计单元法表示的几何模型,也就是将一个结构自动剖分成若干个大的四边形映射单元.这些大单元对于进一步的网络生成是必要的,同时也是向全自动计算机辅助形状优化系统前进的重要一步.     

平面桁架结构拓扑优化方法研究

利用满应力设计准则法(FSD)对桁架结构截面优化的优势,将其引入基于形状语法规则的结构拓扑模拟退火优化算法(STSA)的随机搜索过程,探索两者的结合方式,形成了基于力学原理的优化算法和随机搜索数学优化方法相结合的杂交算法.受应力和欧拉屈曲约束的平面桁架结构拓扑优化算例表明:根据形状语法规则(尺寸、形状和拓扑规则)的"最有效规则选择"原理,当迭代步内所统计的尺寸规则最有效则结构趋于稳定,此时可引入FSD使结构趋于满应力状态,从而使数学随机搜索得到的结构更加符合力学受力原理,所形成的杂交算法使STSA的寻优搜索过程更为稳定,并改善了STSA搜索效率和最优解.     

桁架结构概率-非概率混合可靠性拓扑优化

研究了桁架结构概率-非概率混合可靠性拓扑优化问题。建立了以结构重量为目标函数、混合可靠性指标为约束条件的拓扑优化数学模型,针对强度为随机变量和应力为区间变量、强度为区间变量和应力为随机变量两种情况推导了可靠性指标对设计变量的灵敏度计算公式。实例结果表明：混合可靠性拓扑优化的截面尺寸和结构重量相对于非概率可靠性优化都更大,使得结构除了能够容许载荷存在一定变异程度外,也允许位移和强度存在一定变异程度。     

自适应桁架结构天线形状最优控制

给出了两种含压电作动杆的自适应桁架抛物面天线的形状最优控制方法,分别以天线表面点相对原设计抛物面和最佳吻合抛物面(BFP)的光程差为精度指标,建立了同时考虑精度和能耗的综合控制目标.控制考虑杆件轴力与作动电压限制,以作动电压为被控量.利用桁架力学量及天线精度与作动电压的关系,将控制问题精确表达为显式数学规划问题.理论分析和仿真结果均说明基于BFP的控制方法在天线精度和能量消耗方面的优越性,最后通过仿真算例讨论了结构受载形式和电压限设定对天线形状控制能力的影响.     

等几何壳体分析与形状优化

首先基于Reissner-Mindlin理论进行了三维壳体等几何分析,而后基于此对三维壳体进行形状优化,提出了形状优化中灵敏度的全解析计算方法,包括位移应变阵、雅克比阵和刚度阵等相对控制顶点位置的灵敏度解析计算公式;通过实例验证了壳体等几何分析和灵敏度全解析计算方法的有效性。与传统的基于网格的灵敏度半解析计算方法相比,基于NURBS的灵敏度全解析计算具有精确、计算效率高的特点,且可以避免优化迭代中的网格畸变。     

预锻模具形状优化设计与有限元灵敏度分析

采用刚－粘塑性有限元灵敏度分析方法研究锻造过程的预锻模具形状优化设计问题。表示预锻模具形状的三次Ｂ样条曲线的控制系数用作设计变量。以实际终锻件与理想终锻件的形状差异为目标函数,给出了与设计变量有关的目标函数,节点坐标和节点速度等方面的灵敏度及其数学关系,对于典型的轴对称锻造过程,优化设计的预锻模具形状可获得理想的的终锻件形状,为实现净成形锻造提供了一种有效方法。     

Analytic Sensitivity Analysis for Shape Optimization

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＳｈａｐｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｆｏｒｅｌａｓｔｏｍｅｒｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｍｅａｓｕｒｅｔｏｒｅｌｉｅｖｅｓｔｒｅｓｓｃｏｎｔｒｉｔｉｏｎ ,ｐｒｅｖｅｎｔｂｒｅａｋｉｎｇ ,ｉｍｐｒｏｖｅｌｏａｄ＿ｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ .Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ,ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｏｐｔｉｍａｌａｌｇｏｒｉｔｈｍａｒｅｔｈｒｅｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｌｉｎｋｓｏｆｓｈａｐｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ .Ｉｎｔｈｅｃｏｕｒｓ…     

弹性接触问题的形状优化设计方法

设计模型复杂和结构的高度非线性等问题使得目前结构优化技术中很少涉及接触问题。面向对象的有限元法利用了面向对象编程的优点，有效地提高了编程的效率，并便于程序的扩充。在Visual C 软件平台上，开发编制了面向对象的有限元法程序，并对含接触问题的结构进行形状优化设计，重点推导并给出了含接触问题有限元法的灵敏度全解析分析的表达式，包括位移和应力的灵敏度分析、接触条件的灵敏度分析及相应的边界支配方程等。最后通过算例，验证了所提出的优化方法的正确性。     

桁架结构拓扑优化设计的线性规划方法

本文提出了一种新的桁架结构拓扑优化设计方法,在该方法中,以杆件内力为设计变量,以由结构力学的基本方程构成的位移、应力等物理量为约束,构成了拓扑优化的线性规划模型。它克服了目前桁架结构拓扑优化的两大困难——预定设计位移场与在拓扑优化过程中无法考虑位移、应力等性态约束。文章最后给出了两个考题,说明了本方法的可行性与有效性。     

自适应桁架形状控制中主动杆多目标最优配置

导出自适应桁架结构静态形状控制方程，这些方程在线弹性范围内适用；一般主动杆件数远小于结构杆件数目，且主动杆件的配置问题取决于控制能量和杆件强度等因素，因此基于最短行程和最小导出内力指标和模态退火组合优化算法进行了主动杆件的多目标最优配置；通过算例分析验证了本文分析方法的可行性和有效性。     

三维连续体结构形状优化设计

借助于一种名为“函数识别器”的工具,采用“二级控制”法,实现了用设计变量控制网格变动的目的,除此之外,又在单刚对设计变量的导数计算,目标函数的敏度计算方面,提出了新的解决方案,最后给出了两个算例,验证了以上方法是切实可行的。     

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.     

高地应力下大型地下洞室拱形优化研究

高地应力区的大型洞室开挖会引起洞室拱周附近围岩应力集中和塑性区加大以及塑性应变的增加，但过高的应力集中会增加岩爆发生的几率，塑性区的加深会促使围岩失稳；洞室拱形形状会影响围岩应力集中和塑性区大小的分布，因此，以某高地应力下的大型发电洞岩体地质资料为依托，用弹塑性有限元分析高地应力地下大型发电洞室常采用的3种洞室拱形（即单心圆拱、三心圆拱和椭圆拱）对拱部围岩应力的影响，计算结果表明这种影响是非常明显的，有的应力集中系数达到3．33，无论采用哪种拱形，均避不开拱座附近应力集中现象。根据开挖后拱部围岩的塑性耗散能可以判断，无论初始地应力侧压系数是多少，椭圆拱是最优的，其次是三心圆拱。     

含压电片梁的静变形控制

首先借助阶梯函数，建立了含有任意分布的用作执行器的压电片的梁挠曲轴线方程。然后利用该方程，进行了梁的静变形控制的研究。最后结合实例，用“遗传＋配点”法对压电片的位置和尺寸进行了优化。结果表明，本文建立的挠曲方程形式简洁，求解简单：“遗传＋配点”法优化效果明显。