随机参数天线结构的概率优化设计

研究了具有随机参数天线结构基于概率的优化设计问题。同时考虑了结构物理参数、几何尺寸和作用荷载等的随机性;应用有限元方法与结构可靠性理论对抛物面天线反射面精度的可靠性和结构单元强度、稳定性和可靠性进行了分析;在此基础上构建了基于概率的天线背架结构优化设计模型。对8m口径天线结构的优化结果表明:文中提出的天线结构分析和优化设计模型与方法是合理可行的。     

天线反射面精度和结构体系的可靠性分析

本文对随机风压荷载作用下天线反射面精度和结构体系的可靠性进行了分析，通过构造等价事件，导出了反射面精度可靠性计算公式。利用载荷增量法确定出结构的主要破坏模式，并利用坏阶矩理论和Ditlevsen狭边界法求得结构体系的可靠度，文中给出了一个计算实例。     

结构可靠性分析的支持向量机响应面法

针对隐式极限状态可靠性分析问题,提出了一种支持向量机响应面法,该方法采用了与经典响应面法类似的迭代思想,由支持向量回归机替代经典响应面法中的固定多项式函数来构建响应面,并结合一次二阶矩法形成迭代过程.在此基础上,还对训练样本提出了一种改进的选取方法,从而进一步提高方法的效率.文中将所提方法与多种经典可靠性分析方法的计算结果对比分析,改进的支持向量机响应面法精度较高,调用结构分析程序的次数最少.     

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。     

考虑频率和应力约束的索网式天线多目标优化设计

为确保天线的表面精度和工作性能,综合考虑了天线结构重量、频率、布局等诸多因素,提出了基于优化的设计方法来平衡这些因素.以绳索预张力大小、纵向调整索数目、辐射单元数目为设计变量,结构重量和网状反射面的均方根误差最小为目标函数,应力和频率为约束条件,建立了索网式可展开天线设计的多目标优化数学模型.并将多目标化为单目标用遗传算法进行了求解,结果表明:在结构表面精度达到约2mm 的条件下,结构重量能减轻12%.这表明文中所提出的优化设计方法是有效可行的,对网状天线结构的设计具有一定的指导意义.     

基于可靠性映射函数的结构优化Structural optimization based on reliability mapping functions

基于可靠性分析理论,构建可靠性映射函数,将基于可靠性的结构优化由双层优化转化为单层优化,提高优化效率,解决基于可靠性结构优化的计算量大、不利用于工程应用的问题。可靠性映射函数具有明确理论依据,能够确保将其应用到基于可靠性的结构优化是可行的。为提高失效概率求解精度,以设计点为基础,提出一种改进响应面方法,并将其用于可靠性映射函数的求解。算例表明,该方法具有较好计算精度,功能函数评估次数明显少于其他方法,计算效率高,能够获得满意的优化结果。     

基于可靠性映射函数的结构优化

基于可靠性分析理论,构建可靠性映射函数,将基于可靠性的结构优化由双层优化转化为单层优化,提高优化效率,解决基于可靠性结构优化的计算量大、不利用于工程应用的问题。可靠性映射函数具有明确理论依据,能够确保将其应用到基于可靠性的结构优化是可行的。为提高失效概率求解精度,以设计点为基础,提出一种改进响应面方法,并将其用于可靠性映射函数的求解。算例表明,该方法具有较好计算精度,功能函数评估次数明显少于其他方法,计算效率高,能够获得满意的优化结果。     

结构可靠性分析的自适应子集模拟方法

结构可靠性分析需要精确高效的失效概率计算方法。为解决高维非线性可靠性分析问题中的失效概率计算问题,本文提出了两种以失效概率估计精度为停机控制参数的自适应子集模拟方法。理论分析和数值算例表明:(1) 两种自适应子集模拟方法能根据失效概率的估计精度要求自适应调整样本量;(2) 考虑样本量优化的自适应子集模拟方法能进一步减少总样本量,提高计算效率。本文所提方法为研究者对结构进行精确高效的可靠性分析提供了一条可行途径。     

AN IMPROVED IRS METHOD FOR STRUCTURE MODEL CONDENSATION1)

模型缩聚法在结构的静力和动力特性分析中有着广泛的应用。应用模型缩聚法,可以有效降低结构的有限元计算规模,节省计算时间和成本,并能获得和实验测量自由度相匹配的有限元模型。本文在改进模型缩聚方法(improved reduced system, IRS)的基础上,提出一种考虑二阶惯性量的改进IRS方法,有效改进了IRS方法的计算精度,和模型缩聚迭代法(iterated IRS, IIRS)相比,此方法计算量更小且计算精度更高。以桁架结构和框架结构为例对所提二阶IRS方法进行了验证,并将计算结果与精确值、Guyan缩聚解、IRS缩聚解和IIRS缩聚解进行了比较,结果表明了所提方法计算精度最好,具有良好的工程应用前景。     

周边式桁架可展开天线基于地面的网面调整

借鉴M.C.Natori思想对周边式桁架可展开天线提出了基于地面的网面优化调整方法,建立了以纵向拉索调整力为设计变量,天线反射面的表面均方根误差为目标函数,频率和应力为约束的优化数学模型,并用遗传算法进行了求解。数值结果表明,采用该方法在地面上对周边式桁架可展天线进行网面调整,能有效地消除地面重力的影响,较为准确地预测天线由于环境变化(由地面环境到太空环境)而引起的变形,使得最终调整获得的天线表面精度能够满足太空无重力环境下的精度要求,这种新方法对工程中天线的设计和网面调整具有指导作用。     

基于Kriging模型的结构可靠性分析

在结构极限状态方程(LSF)未知的情况下,通常采用响应面法(RSM)模拟结构的极限状态方程,逐步修正求解。由于响应面法对于极限状态方程的多项式假定,使其在计算精度上存在一定的缺陷。本文通过随机选取的部分结构响应,采用K rig ing模型模拟未知状态的结构响应,然后附以最优化的方法求解可靠性指标。该方法突破了极限状态方程的形式对于可靠性计算的制约,避免数学表达式的不同对于可靠性计算的影响。通过数值算例,可以看到本文的方法具有较高的精度和稳定性。     

基于随机响应面法的可靠性灵敏度分析及可靠性优化设计

基于随机响应面法建立了可靠性灵敏度分析方法,并将其用于结构可靠性优化设计。建立的方法利用随机响应面法将隐式的结构响应函数转换成显式函数,在显式的响应函数基础之上求解失效概率和进行可靠性灵敏度分析,得到的可靠性灵敏度能为基于函数梯度的优化算法提供梯度信息。算例表明,本文提出的可靠性灵敏度分析方法具有较高的效率和精度,提高了结构可靠性优化设计的效率。     

索网天线找形分析的参变量变分有限元法

针对柔性空间索网天线的非线性特点,建立了基于参变量变分描述索网拉压非线性和共旋列式描述几何非线性的有限元控制方程,应用Lernke与改进牛顿法进行求解.通过对索网预张力平衡计算,证明改进牛顿法比Newton-Raphson法具有更强的收敛能力.进一步将力密度法迭代原理与有限元法结合应用于索网天线的非线性找形分析中,获得了理想的索网构型.本文的索网找形方法可广泛应用于空间索网天线结构的设计.     

真实随机环境中大型结构的强度可靠性分析方法

将标准有限元和已有的迭代响应面法相结合,并将标准有限元与已有的改进的均值法相结合,给出了这两种适用于多随机性和多失效模式的真实环境中大型复杂结构的强度可靠性分析的方法。文中以算例分析了这两种方法的有效性和适用范围,指出解决高度非线性隐式极限状态方程问题可能的较为精确的方法。最后以真实的复杂飞机结构为例,分别用两种方法进行了考虑载荷和材料性能参数随机性的强度可靠性分析,并得到具有工程意义的结论。     

工程结构可靠性分析中高维概率积分的一种近似算法

本文根据广义二阶矩理论,提出了一种计算高维概率积分的有效的近似算法以及二次近似极限状态方程的简便方法.具体分析了大型园抛物面天线结构在随机风载和结构自身随机参数影响下的表面精度可靠性.     

柔性机构动态可靠性分析的新方法

为了改善柔性机构动态可靠性分析的效率和精度,基于支持向量机SVM(Support Vector Machine)回归理论,提出了一种柔性机构动态可靠性分析高效率高精度的SVM回归极值法SREM(SVM Regression Extremum Method)。首先,介绍了柔性机构可靠性分析的基本理论;其次,融合蒙特卡洛法MC(Monte Carlo)和SVM回归理论,建立了柔性机构动态响应极值的代理模型,并利用代理模型进行柔性机构可靠性分析。最后,利用SREM法对柔性机构实例进行了可靠性分析,并与MC和人工神经网络ANN(Artificial Neural Networks)的分析结果进行比较。结果显示,在小样本情况下,进行柔性机构动态可靠性分析时,SREM的计算效率和计算精度都比ANN高;SREM的计算效率比MC大大提高,计算精度与MC相当。验证了在柔性机构可靠性分析中SREM的高效率和高精度,并证明了SREM在柔性机构可靠性分析中的可行性和有效行性。     

雷达天线座的动力分析及实验研究

为提高雷达跟踪精度,防止因伺服系统的噪声而引起雷达天线座的谐振,有必要对该结构进行动力分析。本文采用对接加载动态子结构法对雷达天线座进行动力分析,将整结构处理为空间梁、板组合结构的有限元模型,然后将它划分为三个子结构,利用精确的动力缩聚法,结合位移及力双协调条件,将所有子结构的动力影响集中到一个主体子结构上,最后归结为解一非线性特征问题,采用文[1]所提出的改进解法,计算出结构前四阶固有频率及振型,为了验证计算结果,本文应用ITD法进行模态参数识别,并进行电脉冲响应的FFT谱分析,又对其运行信号进行时序分析,实验分析的结果与理论计算基本一致。     

天线辐射梁的连续体拓扑优化研究

针对目前反射面天线苛刻的精度要求,结合天线结构其自身特殊的工程要求,本文采用了连续体拓扑优化建模方法对其进行研究。根据天线主面母线离散点位置划分相应的拓扑区域,同时考虑支撑面板和背架的重力载荷,采用RAMP法对天线辐射梁建立了优化模型,并结合天线设计要求做了修正。最后选用MMA方法对优化模型进行求解,对比修正前的优化模型,修正后的模型可以解得相对更合理的拓扑结构。     

基于主动学习神经网络的转向架构架疲劳可靠性分析

为了提高转向架构架疲劳可靠性分析的精度与效率,提出一种主动学习BR-BP神经网络模型与Monte Carlo法相结合的可靠性分析方法。该方法针对BP神经网络的缺陷,使用贝叶斯正则BR(Bayesian regularization)算法作为训练算法,以提高神经网络的拟合精度与收敛速度,并考虑可靠性分析的固有特点,构造了一种适用于BP神经网络的主动学习函数,用于指导最佳样本点的选择。提出的学习函数不仅保证了样本点分布在极限状态函数附近,还考虑了样本点的预测误差以及样本点分布对失效概率计算的影响。转向架构架可靠性分析结果表明,本文方法在提高拟合精度的同时兼顾了计算效率,验证了所提方法的优越性与可行性。     

强爆炸冲击波作用下天线结构的离散变量优化设计

首先建立了强爆炸冲击波作用下天线结构受精度和应力约束的连续变量优化设计数学模型 ;其次 ,根据材料特点 ,将设计变量取为离散变量 ,提出了天线结构在强爆炸冲击波作用下受精度和应力约束的离散变量优化设计数学模型。采用离散变量优化算法离散复合形法 ,对强爆炸冲击波作用下的 8m天线进行了优化计算。结果表明 ,经优化设计后 ,天线重量仅为初始重量的 4 0 %。