基于显式几何更新算法的地下管道自动形状优化

基于计算力学中的结构优化思想,应用一种新型的显式几何更新算法,自行编制C++程序,实现地下管道形状设计的自动优化。管道内的流体假设为牛顿不可压缩流,并考虑惯性项。优化区域主要为管道竖直方向和水平方向的过渡段。形状优化的设计变量是几何边界的有限元节点坐标,优化目标是实现流体黏性能耗散的最小化。优化过程基于形状梯度,即通过形状敏感度分析来求解目标函数相对于设计变量的偏导数。所使用的显式几何更新算法既可以通过网格清晰描述形状,也可以大范围地自动更新网格。详细介绍了地下管道自动形状优化过程的关键步骤。通过数值算例探讨了不同注入速度、密度和黏度对其最优形状的影响。     

重分析边界处理与广义主从控制关系

本文讨论了在结构重分析中局部网格细分时，修改区域与未修改区域交界处的位移连续性问题，文中提出了广义主从控制的概念，把边界上的新增节点作为从节点，同时受多点控制，保证了结构的连续性，并对有限元结构中的常见单元给出了边界的位移控制关系，而且此关系已应用于ＤＤＪ程序系统，实现了算法及程序设计。     

虚拟层合单元在平面梁和拱形状优化中的应用

本文在虚拟层合单元的基础上,为适应形状优化时边界变化的特点,构造了曲线分层的虚拟层合梁单元,这样,求解优化问题时仅把特定的层厚作为设计变量,无须改变原始数据结构,有限元网格只在优化初始生成一次即可,具有单元数少、设计变量少的优点,算例表明此法计算简便,结果可靠,具有良好的工程应用前景。     

一种新的全四边形网格快速生成方法─—模板法

本文提出了一种正方形亲单元上实现网格在二个坐标方向均能过渡的全四边形单元生成方法．该方法允许正方形周边节点任意分布，并可以对单元密度进行控制，将该方法和映射法结合解决了用映射单元法对结构进行四边形单元划分时存在的网格过渡的这一关键问题。该方法计算量少，运算速度快，生成单元的形状良好。     

微型机网格自动生成和显示软件MESHG

划分有限元网格、计算节点坐标、准备单元编号及节点坐标等原始数据是有限元计算中工作量很大的一部分。本软件旨在极大地减轻这一类劳动,给有限元计算人员带来方便。 本软件利用用户提供的少量描写结构形状的原始数据,自动生成有限元分析所需网格,自动计算节点坐标、形成单元编号及近似优序编排节点号。可自动划分网格的结构有:(1)二维平面或轴对称问题;(2)板和空间壳体;(3)三维块体;结构可以在直角坐标系、球坐标系、柱(极)坐标系中描写;生成的单元类型有三点、四点及八点等参元(平面情形),八     

一种新的全四边形网格快速生成方法——模板法

本文提出了一种正方形亲单元上实现网格在二个坐标方向均能过渡的全四边形单元生成方法，该方法允许正方形周边节点任意分布，并可以对单元密度进行控制，将该方法和映射法结合解决了用映射单元法对结构进行的四边形单元划分时存在的网格过渡的这一关键问题，该方法计算量少，运算速度快，生成单元的形状良好。     

重分析边界处理与广义主从控制关系

本文讨论了在结构重分析中局部网格细分时，修改区域与未修改区域交界处的位移连续性问题．文中提出了广义主从控制的概念，把边界上的新增节点作为从节点，同时受多点控制，保证了结构的连续性，并对有限元结构中的常见单元给出了边界的位移控制关系，而且此关系已应用于DDJ程序系统，实现了算法及程序设计．     

基于虚荷载变量的形状优化和灵敏度分析

基于选择施加在结构“控制点”上的虚荷载作为优化设计变量,针对一种新的承受约束的形状优化数值方法进行了研究。借助于节点位移与虚荷载之间的线性关系,提出了一种新的计算灵敏度系数的解析方法。利用节点移动速度域概念构造了优化新形状产生的计算公式,以结构中节点的最大应力最小化作为优化目标,通过控制网格结点的最大位移量,较好地解决了单元网格在形状优化中的扭曲问题。对三个不同的实例成功地完成了形状优化。     

板壳结构的应力约束拓扑优化设计

应用ICM 方法求解应力约束板壳结构拓扑优化问题,建立了寻求应力约束下结构重量极小化,每个设计变量控制多个单元的板壳结构拓扑优化近似显式的ICM 模型. 依据畸变能理论,将应力约束转化为畸变能约束,减少了约束数目. 采用精确对偶映射下的序列二次规划算法进行求解. 以MSC.Patran 及MSC.Nastran 软件作为二次开发平台,应用PCL 语言实现本文算法. 算例对于设计变量数等于单元数时的情况进行了计算,表明该方法有效可行.     

响应面方法在二维连续体形状优化中的应用

简单介绍了响应面方法的实质,并将其应用于二维连续体结构形状优化中,结合有限元方法,近似拟合出了状态约束(应力和位移)对设计变量的显函数,代替了复杂的解析灵敏度分析,以MSC/Patran为平台采用PCL语言开发了二维连续体形状优化的程序．文中算例通过与差分法的比较表明了这一方法的有效性和可靠性．     

桁架结构非概率可靠性形状优化设计

采用区间变量描述不确定参数,提出一种桁架结构非概率可靠性形状优化方法。建立了以截面尺寸和节点坐标为设计变量,以结构重量为目标函数,具有非概率可靠性指标约束的桁架结构形状优化数学模型。采用量纲归一化对截面尺寸和节点坐标进行了变量统一;运用均值点法对功能函数进行泰勒线性近似求解得到相应的非概率可靠性指标,并采用序列二次规划算法对优化模型进行求解。三个算例分析结果表明,算例均能快速稳定地收敛到最优解,结果符合工程结构设计经验,验证了本文所提方法的准确性和有效性。     

海洋平台TT型管节点的极限强度分析

利用非线性有限元方法分析了轴向力作用下多平面TT节点的极限强度。在数值分析中,采用三维20结点固体单元模拟管道结构和焊缝形状,将结构有限元网格划分为不同区域,每个区域的网格独立产生,通过合并形成整个结构的有限元网格。通过控制位移增量法得到了加载过程中载荷和位移之间的关系曲线。使用ABAQUS软件分析了TT节点在支管端部承受轴向载荷的变形及与外部载荷之间的关系,得到了不同参数影响下的TT节点极限强度。     

三维虚拟层合板壳单元及其应用

层合结构已广泛应用于各类工程领域。文中介绍的三维虚拟层合板壳单元,其主要特点是它允许同一单元由不同材料构成,有限元网格划分时可以把整体节点定义在结构的外部。这就使得该单元不仅可以应用于一般的层合结构计算,而且还可以应用于结构的形状优化设计。文中的经典算例说明了该单元的有效性。     

可变网格的有限单元分析在边坡稳定计算中的应用

本文在非线性有限单元法的基础上，引进八节点的狭长单元来描述边坡中的滑动面，同时对于有限元单元网格可调节点坐标进行变更形成新的网格，于是利用原有基本网格架，通过多次有限元分析求出边坡中可能滑动面的稳定系数曲线Ｋ＝ｆ（α），并进而确定最危险的滑动面，在此基础上开展一系列稳定分析工作。     

张拉结构非线性分析的五节点等参单元

本文针对张拉结构的特点，提出了一种五节点等参数单元有限元模型，采用四次多项式作为位移插值函数及单元初始形状函数，并假定索是理想柔性的且满足虎克定律，基于修正的Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ坐标描述法，建立了非线性有限元基本方程和切线刚度矩阵，利用Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ法进行了实例计算。结果表明：本文方法精度极高，可供大跨度索网，索穹顶，拉线塔等张拉结构分析，设计时采用。     

基于优化模型的结构声学耦合界面载荷传递算法

针对结构声学耦合系统的界面载荷传递问题,提出了一种基于约束最优化模型的局部参数插值算法。耦合界面处结构和流体单元表面坐标通过各自的形状函数进行插值,把界面载荷在互不匹配的网格节点间的传递问题转化为一个点到用自然坐标表示的有限边界曲面的最小距离问题,以便利用成熟稳定的优化算法对其进行高效求解。与已有方法相比,该算法在耦合界面单元为曲面的情况下仍能保持较高的计算精度。本文给出的数值算例验证了本算法的有效性和可靠性。     

有限元网格全自动生成的四分法

本文论述了有限元网格全自动生成的四分法。这种方法适用于任意形状的平面结构,且形体内部可以带有若干个任何形状的孔洞;自动生成的单元以四点元为主,边界辅以三角形元;该法还允许有限元网格局部加密,加密区交接处引入五点元,网格加密部位可以有若干处。有限元网格全自动划分算法在CAD工作站上实现,用人机交互会话方式控制输入/输出操作,方便、灵活、高效,可做为前处理器与任何一个有限元分析程序系统相联接。本文所采用的方法和数据结构,可以推广到带孔洞的在意形状空间形体,实现对更广泛的三维结构的有限元网格全自动生成,     

层状压电智能梁板结构的形状最优控制研究

基于压电层合结构的有限元方程,采用零阶逼近优化和一阶梯度优化算法,运用ANSYS/APDL语言,编制了力-电耦合有限元优化分析程序.运用该程序,对一单压电片和多压电片埋置的三层梁和一压电片粘贴于结构表面的三层板进行建模,以结构的几何尺寸或驱动电压为设计变量,实现梁板结构的单点和多点形状最优控制设计.对比两种优化方法的计算结果,吻合良好,验证了程序的有效性.本文的计算理论和方法可以为复杂压电层合智能结构的主被动控制设计提供参考.     

基于遗传算法和梯度算法压电层合结构的最优形状控制

基于压电层合结构的有限元方程,运用ANSYS/APDL语言,编制了力-电耦合有限元分析程序(MPFEMP).以该程序为计算基础,采用遗传算法和一阶梯度优化算法,以压电片尺寸为设计变量,以压电层合梁和板的预期位移或最小重量为目标函数,给定初始变量和适应度函数,通过循环迭代MPFEMP计算程序,研究了多点控制的压电层合梁板结构的形状最优控制.结论对比分析证明了两种优化方法分析压电层合结构的有效性,同时,对复杂多层智能结构的最优形状控制和主动控制研究具有一定的参考价值.     

判别二维有限元网格图的简便算法

根据图论中欧拉公式推得二维有限元网格图中单元数、节点数、边数及边界数之间的关系式,获得判别网格图中是否存在节点号重复和单元遗漏的简便算法。