具有动应力和动位移约束的离散变量结构拓扑优化设计方法

讨论了动应力、动位移约束下离散变量结构拓扑优化设计问题.首先给出问题的数学模型,然后用拟静力算法,将结构惯性力极值作为静载荷施加到结构上,求得结构的动位移和动内力,将考虑动应力约束和动位移约束的离散变量结构拓扑设计问题化为静应力和静位移约束的优化问题,然后利用两类变量统一考虑的离散变量结构拓扑优化设计的综合算法进行求解.     

基于可靠性的工程结构动力响应优化设计

在考虑结构物理参数和作用荷栽同时具有随机性的情况下,建立了具有动应力、动位移可靠性约束和设计变量上下限约束的工程结构优化设计数学模型;分别对结构动力响应的数字特征和基于可靠性的结构动力响应的灵敏度进行了推导.利用内罚函数法求解.算例表明文中构建的优化模型和提出的求解方法是合理与可行的.     

求解约束优化问题的两个微分方程算法

本文给出求解具有等式约束和不等式约束的非线性优化问题的一阶信息和二阶信息的两个微分方程系统,问题的局部最优解是这两个微分方程系统的渐近稳定的平衡点,给出了这两个微分方程系统的Euler离散迭代格式并证明了它们的收敛性定理,用龙格库塔法分别求解两个微分方程系统．我们构造了搜索方向由两个微分系统计算,步长采用Armijo线搜索的算法分别求解这个约束最优化问题,在局部Lipschitz条件下基于二阶信息的微分方程系统的迭代方法具有二阶的收敛速度。我们给出的数值结果表明龙格库塔的微分方程算法具有较好的稳定性和更高的精确度,求解二阶信息的微分方程系统的方法具有更快的收敛速度．     

离散变量结构优化设计的组合算法*

本文首先给出了离散变量优化设计局部最优解的定义,然后提出了一种综合的组合算法.该算法采用分级优化的方法,第一级优化首先采用计算效率很高且经过随机抽样性能实验表明性能较高的启发式算法─—相对差商法,求解离散变量结构优化设计问题近似最优解 X ;第二级采用组合算法,在 X 的离散邻集内建立离散变量结构优化设计问题的(-1,0.1)规划模型,再进一步将其化为(0,1)规划模型,应用定界组合算法或相对差商法求解该(0,1)规划模型,求得局部最优解.解决了采用启发式算法无法判断近似最优解是否为局部最优解这一长期未得到解决的问题,提高了计算精度,同时,由于相对差商法的高效率与高精度,以上综合的组合算法的计算效率也还是较高的.     

多重约束下空间桁架结构抗风优化

目前复杂结构的抗风优化研究大多集中于高层建筑,很少针对风敏感的大跨屋盖结构．考虑强度、刚度和几何尺寸等多重约束,基于虚功原理和Lagrange乘子将抗风优化转化为无约束问题,编制数值程序整合有限元计算和优化分析两部分,然后对杆件数为10080的实际双层柱面网壳进行优化设计,讨论了设计变量可行域、初始值和调整步选择等对优化结果的影响．研究表明,采用本文方法可实现对空间桁架结构进行多重约束下的高效抗风优化设计,网壳总重降低约37%,风致响应分布不均使得有必要设定可行域下限,而设计变量初值和调整步选择不影响最后的优化结果．     

基于对偶二次规划的大型框架结构优化方法

将准则法和数学规划相结合,对于不同的约束采用不同的处理方法:应力约束作为局部性约束,用0阶近似进行处理,借助满应力准则将其转化为动态尺寸下限;位移约束作为全局性约束,根据单位虚载荷法将其显式化,从而建立了满足应力和位移约束的框架结构截面优化的显式模型．为了提高模型的求解效率,根据对偶理论将大规模的框架结构优化问题转化为仅仅几个对偶变量的对偶问题,采用二次规划方法求解,算例证明该方法能极大的提高模型的求解效率．采用近似射线步既能减小计算量又能使迭代过程更加平稳,采用删除无效约束技术能减小优化模型的规模. 以MSC/Nastran软件为结构分析的求解器,以MSC/Patran软件为开发平台,完成了满足刚度和强度的多工况、多变量的框架截面优化软件．算例结果表明上述程序算法的高效性．     

下期目录预告

陈立群　刘曾荣　一类超混沌离散系统的控制肖　潭　刘人怀　斜放四角锥扁网壳的非线性弯曲理论张洪武　钟万勰　顾元宪　三维弹塑性有摩擦接触问题求解的一个新算法周振功　王　彪　双Ⅰ＿型裂纹断裂动力学问题的非局部理论解黄永念　任意二阶张量的特征张量及其特性分析石连栓　孙焕纯　冯恩民　具有动应力和动位移约束的离散变量结构拓扑优化设计方法夏铁成　张鸿庆　闫振亚　一类非线性演化方程新的显式行波解柴　山　张耀明　马　浩　曲庆文　赵又群　汽轮机调节级的气流激振力分析张伟亿　Ｋ·侯赛因　叶　敏　一种改进的范式方法的应…     

离散变量的分级优化方法及其应用

在工程优化设计中,绝大多数实际问题的设计变量往往限定取离散值,为了求得问题的真正最优解,就必须采用离散变量的优化方法进行求解.本文根据离散变量数学规划的特性,提出了一种分级优化搜索算法.这种方法的基本思想是在约束集合内,寻求一可行的离散初始点,然后在该点的邻域内,进行分级寻优搜索,以求得一个改进的新离散点,随之,以该点作为初始点,重复执行分级寻优搜索过程,直至求得问题的最优解.通过对工程实例的计算,证明本文所提出的新方法具有快速、简便的特点,能有效地应用各种工程优化设计问题.     

一种新的求解带约束的有限极大极小问题的精确罚函数

提出了一种新的精确光滑罚函数求解带约束的极大极小问题．仅仅添加一个额外的变量,利用这个精确光滑罚函数,将带约束的极大极小问题转化为无约束优化问题． 证明了在合理的假设条件下,当罚参数充分大,罚问题的极小值点就是原问题的极小值点．进一步,研究了局部精确性质．数值结果表明这种罚函数算法是求解带约束有限极大极小问题的一种有效算法．     

多周期多设备冰蓄冷系统的优化模型、算法及应用

本文以多周期多设备冰蓄冷系统运行的动态过程为主要约束,以设备运行状态等为离散优化变量,以设备流体流速等为连续优化变量,以系统运行总费用为目标函数,建立了非线性非光滑的混合整数规划,并论述了该规划问题最优解的存在性。依离散优化变量的有限性,把这个优化问题等价地分解成有限多个关于连续优化变量的线性规划,构造具体的优化算法。最后应用于一个实际冰蓄冷系统,表明了本文的数学模型及优化算法等的正确与有效性,达到缓解用电高峰的用电量,并降低了用户的运行费用。     

应力和位移约束下连续体结构拓扑优化

同时考滤应力和位移约束的连续体结构拓扑优化问题,很难用现有的均匀方法或变密度方法等求解。主要困难在于难以建立应力和位移约束与拓扑设计变量间显式关系式;即使建立了这种关系,也由于优化问题规模过大,利用常规的数学规划方法难以求解。隋允康、杨德庆曾提出了基于独立连续拓扑变量及映射变换（ＩＣＭ）的桁架结构拓扑优化模型。本文在此基础上,建立了以重量为目标,考虑应力和位移约束的连续体结构拓扑优化模型,并推导出     

多周期多种设备公用工程系统优化模型的改进及应用

本文提出了多周期多种设备公用工程系统改进的混合整数双线性优化模型,它含有两种优化变量和系统运行过程的离散动态约束,期望系统总设备投资(含设备折旧)与全周期运行操作费用之和最小。针对改进优化模型求解上的困难,给出将改进优化模型分解成有限多个关于连续变量的线性规划。论述了改进优化模型与分解模型的等价性以及两种模型的主要数学性质,并在此基础上提出了求解策略。最后将改进优化模型应用于某石化企业的蒸汽动力系统最优设计与运行优化集成实例。     

Large scale structural synthesis

A general purpose optimization program is coupled to a large scale finite element program to provide an efficient tool for structural synthesis. The resulting interface program may be used to design structures for minimum weight, subject to constraints on stress, displacement, and vibration frequencies. A variety of state-of-the-art techniques are employed, including design variable linking, constraint deletion, reciprocal variables, and formal approximations. The capability is demonstrated with the design of a gear housing using 30 design variables and over 5000 nonlinear inequality constraints. The finite element model consists of over 1600 elements and 7000 displacement degrees of freedom. The design required six detailed finite element analyses and approximately one hour on a Cray-1s supercomputer. It is concluded that structures of practical size and complexity can be efficiently designed using numerical optimization.     

Optimization of arches using genetic algorithm

An optimization procedure is presented for the minimum weight and strain energy optimization for arch structures subjected to constraints on stress, displacement and weight responses. Both thickness and shape variables defining the natural line of the arch are considered. The computer program which is developed in this study can be used to optimize thick, thin and variable thickness curved beams/arches. An automated optimization procedure is adopted which integrates finite element analysis, parametric cubic spline geometry definition, automatic mesh generation and genetic algorithm methods. Several examples are presented to illustrate optimal arch structures with smooth shapes and thickness variations. The changes in the relative contributions of the bending, membrane and shear strain energies are monitored during the whole process of optimization.     

功能梯度厚壁中空圆柱体弹性动力学平面应变响应的解析解

研究了边界表面受均布动压力作用的功能梯度(FGM)厚壁中空圆柱体,给出了其平面应变响应下的弹性动力学解．假设材料性能(除Poisson比外)随厚度按幂律函数变化．为了得到一个精确解,将动力径向位移分为准静力部分和动力部分,导出了每个部分的一个解析解．先由Euler方程得到准静力学部分的解,再由分离变量法和正交展开法得到动力学部分的解．在不同动荷载作用下,对不同的FGM中空圆柱体,画出径向位移和应力图,并对本方法的优点进行了讨论．该解析解适用于中空圆柱体各种组合的FGM,厚度可以是任意的,初始条件也可以是任意的,壁面上均匀分布着任意形式的动压力．     

互补约束均衡问题一个新的磨光技术

研究了一类带非线性互补约束的均衡问题．借助于逐步逼近思想,构造了一个在求解意义上与原问题等价的磨光非线性规划．从而保证一些经典的标准优化算法可以应用到该类优化问题上．最后提出了两个算法模型并分析了其全局收敛性．