基于ICM方法的多工况位移约束下板壳结构拓扑优化设计

基于ICM方法,建立了多种载荷工况下受位移约束极小化结构重量的拓扑优化近似显式模型,采用精确对偶映射下的序列二次规划算法进行求解,得到了结构的最优拓扑.数值算例表明:ICM方法也可以很好地应用于多工况下板壳结构拓扑优化设计,且收敛快,稳定性好;边界条件和位移约束值都会影响结构的最优拓扑;多工况最优传力路径不是各个单工况最优传力路径的简单叠加.     

求解桁架结构极值响应的提升投影方法

求解结构的真实极值响应是结构鲁棒优化设计问题的难点,本文提出了求解桁架结构极值响应的新方法.求解结构极值响应的优化模型通常是非凸规划,只有全局最优值才能满足设计要求.然而对于这类非凸规划,求解其全局最优解和最优值是NP困难的问题.在不确定参数为桁架结构的外荷载向量的情况下,本文提出了提升投影方法将原始的非凸规划放松为非线性非光滑的凸规划问题.求解这个凸规划问题的全局最优值就可以得到结构精确极值响应的上界,从而满足了设计要求.数值算例验证了提升投影方法的可行性和高效性.     

区域无线电定位系统基站的最优几何布局

地面基站的几何布局方式是影响区域无线电定位系统定位精度的重要因素,水平几何精度递变因子（HDOP）是衡量地面基站几何布局对系统定位精度影响的基本指标。为求解区域无线电定位系统基站的最优几何布局,给出了区域无线电定位系统HDOP的计算方法,建立了求解区域无线电定位系统地面基站最优几何布局的数学模型;提出了应用惩罚函数对数学模型进行求解的方法,将约束优化问题转化为无约束优化问题;并针对求解过程中目标函数难于求导的问题,提出了采用模拟退火算法进行全局寻优,使求得的结果逼近全局最优解。仿真结果表明,这种结合惩罚函数法和模拟退火算法进行全局寻优的方法,对于区域无线电定位系统求解地面基站的最优布局方案具有工程实用价值。     

一维非线性黏弹体和黏塑性体中的最优应变路径

得出了一维非线性黏弹体和黏塑性体中最优应变路径方程，并揭示了它们的某些特性，如：（１）当非线性黏弹本构方程中的黏性部分与应变的关系具有上凸形式时，相应的最优应变路径具有下凸性质；（２）对于过应力和Ｂｏｄｎｅｒ－Ｐａｒｔｏｎ黏塑性体，它们的最优应变路径是塑性应变为线性形式，即塑性应变率为常数，而弹－黏塑性体的最优应变路径则不同。     

基于混合优化的运载器大气层内闭环制导方法

针对运载器大气层内最优闭环制导问题,研究了一种将求解最优控制问题的间接法与直接法相结合求解最优上升轨迹的轨迹在线规划与闭环制导方法。该方法采用高斯伪谱法求解基于间接法推导的最优上升轨迹两点边值问题,能以较少的离散节点获得较高的求解精度,并具有较高的求解效率。为了进一步保证制导的实时性与飞行安全要求,提出了轨迹在线规划与闭环制导策略。最优上升轨迹求解结果表明,在同等的求解精度条件下,混合优化算法的离散节点个数仅为间接法的25%~40%,计算效率提高了50倍左右。建立导航模型进行闭环制导蒙特卡洛打靶仿真,制导算法满足实时性与过程约束要求,关机点高度、速度、弹道倾角及轨道倾角的最大偏差分别为-8.93 m、-3.35 m/s、0.015°、0.0018°,算法具有较高的制导精度。     

对称模糊优化问题的直接求解法

通常,对称模糊优化模型的求解是一个迭代过程,要多次求解规划问题。本文根据对称模糊最优判决准则,给出一种直接求解法,只需求解一次规划问题,即可求出问题的最优解。     

自由漂浮空间机器人路径优化的Legendre伪谱法

基于Legendre 伪谱法研究自由漂浮空间机器人非完整路径规划的最优控制问题. 自由漂浮是空间机器人执行任务常用的工作模式,其路径优化是空间机器人完成复杂空间任务的基础. 由于空间机器人不具有固定基座,机械臂和载体之间存在非完整约束,使得自由漂浮空间机器人路径规划完全不同于地面机器人而变得具有挑战性. 本文提出自由漂浮空间机器人路径规划的最优控制伪谱方法. 首先,利用多体动力学理论建立自由漂浮空间机器人动力学模型,给定系统的初始和目标位形,选取机械臂关节耗散能最小为性能指标,并考虑实际控制输入受限,建立其路径规划的Bolza 问题. 然后,应用Legendre 伪谱法,将状态和控制变量在Legendre-Gauss-Lobatto (LGL) 点上离散,并构造Lagrange 插值多项式逼近系统状态和控制变量,将连续路径优化问题离散化为非线性规划问题求解. 最后通过数值仿真表明,应用Legendre 伪谱法求解自由漂浮空间机器人非完整路径规划问题,得到的机械臂和载体最优运动轨迹,较好地满足各种约束条件,且计算精度高、速度快,并具有良好的实时性.      

线粘弹结构中的最优路径

讨论了二类结构中的最优路径：即三维可分离变量粘弹体与桁架，发现：（１）粘弹体（Ｍａｘｗｅｌｌ材料）中的最优变形路径在（０，Ｔ）内是线性形式，仅在ｔ＝Ｔ时刻有跳跃，同时指出以前研究中的不妥之处；（２）桁架结构（Ｍａｘｗｅｌｌ材料）中的最优加载路径为突加载荷．     

基于改进蛙跳算法的结构可靠指标计算

为了克服传统的结构可靠指标求解方法存在的模型描述和计算缺陷,引入改进混合蛙跳算法用于求解可靠指标。针对标准蛙跳算法求解组合优化问题时后期收敛速度慢、容易陷入局部最优的缺点,新算法引入蚁群算法的信息素调整策略,对蛙跳算法后期局部搜索进行改进,扩大算法后期搜索范围,使蛙跳算法跳出局部最优。最后,将改进后的算法应用到结构可靠指标的求解过程,算例验证了改进算法的有效性。     

航天器最优受控绕飞轨迹推力幅值延拓设计方法

针对航天器燃料最优可变周期绕飞轨迹的求解问题, 提出了一种以推力幅值为延拓参数的延拓方法. 问题求解从最为简单的双脉冲绕飞轨迹出发, 首先利用有限推力替代脉冲推力, 设定推力序列为“开— 关— 开”,然后逐步减小推力幅值, 最终得到最小推力绕飞轨迹; 此后, 再逐步增加推力幅值, 结合主矢量曲线判断最优推力开关序列, 将最小推力解延拓至有限推力以及脉冲推力燃料最优解. 该方法通过对推力幅值的延拓, 实现了有限推力bang-bang 控制与脉冲推力燃料最优绕飞轨迹优化问题的一并求解, 同时避免了最优控制问题中协态变量的随机猜测. 慢速与快速绕飞算例的优化结果验证了所提出方法的有效性.      

MBC策略供需函数模型研究

总结并改进了基于市场机制的控制MBC(Market-Based Control)策略应用于建筑结构控制时所采用的供需S-D(Supply-Demand)函数模型;基于Lyapunov第二法确立了保证受控结构系统稳定的方法,提出了确定改进S-D函数模型中各参数值的归一化方法并给出了相应流程;结合安装有控制装置的建筑结构的仿真计算,分析了改进模型中参数的取值对系统控制效果的影响,同时验证了采用改进供需函数模型MBC策略的合理性及有效性。     

Dynamic stiffness characteristics of aero-engine elastic support structure and its effects on rotor systems: mechanism and numerical and experimental studies

The support structure of a rotor system is subject to vibration excitation,which results in the stiffness of the support structure varying with the excitation frequency(i.e., the dynamic stiffness). However, the dynamic stiffness and its effect mechanism have been rarely incorporated in open studies of the rotor system. Therefore, this study theoretically reveals the effect mechanism of dynamic stiffness on the rotor system. Then,the numerical study and experimental verification are conducted on...     

车-轨-桥耦合动力系统影响参数分析

为了考虑高速列车、板式无砟轨道和桥梁相互作用的特点,需将列车模拟为质量-弹簧-阻尼多刚体相互约束的系统,通过列车车轮与钢轨的接触关系,建立车-轨-桥耦合系统的运动方程。重点分析了双线列车以不同工况通过高速铁路桥梁时,列车行驶状态(速度和加速度)、列车悬挂系数和钢轨-轨道-桥梁连接参数分别对车-轨-桥耦合系统的动力学性能影响。结果表明,(1)列车的加速度和速度的变化对耦合系统有不同程度的影响,随着列车行驶速度与加速度在一定范围内增加,车体自身结构的位移振动响应逐渐减小,而钢轨和桥梁结构的位移振动响应则不断增加;(2)列车悬挂参数的改变对列车自身结构影响较大,而对钢轨和桥梁结构影响很小;(3)车体一系刚度系数增大会引起列车系统结构振动响应变大,但车体二系刚度系数的增加却抑制了车体结构的振动响应;(4)除了钢轨的最大加速度随着连续刚度系数增加呈线性递减外,列车、钢轨和桥梁的振动响应不易受钢轨与桥梁间连接参数的影响。     

基于子结构法的土-地下空间结构体系地震反应高效计算系统研究

为研发适用于土-地下空间结构相互作用体系地震反应分析的高效计算系统，本文基于子结构方法，综合利用ABAQUS软件和SASSI 2010的各自优势，通过二次开发，构建了一个适于土-地下空间结构动力相互作用分析的高效计算系统(ABAQUS-SASSI 2010 Combined System，简称ASCS)．该计算系统实现了ABAQUS软件和SASSI 2010的无缝连接，用户可以按照ABAQUS软件的可视化前处理功能，方便地建立包括土-地下空间结构相互作用体系在内的各种有限元模型，并调用和执行SASSI 2010程序的不同模块，按子结构方法对整个体系实施高效计算．为验证ASCS计算系统的有效性，文中首先采用ASCS计算系统对日本阪神地震中大开地铁车站的震害进行了模拟；然后，采用ABAQUS软件建立土-大开地铁车站结构相互作用体系的整体有限元分析模型，通过对比分析ASCS计算系统的子结构法结果和ABAQUS软件的整体有限元法结果，进一步验证了ASCS计算系统的计算精度和效率．结果表明：基于本文ASCS计算系统的数值模拟结果与阪神地震中大开地铁车站的震害结果一致；ASCS计算系统的子结构法结果与整体有限元法结果基本吻合，但前者的CPU时间是后者的1/21，明显提高了计算效率．     

基于链式贝叶斯网络的结构可靠性分析

将贝叶斯网络与传统可靠性方法结合,建立结构系统的可靠性贝叶斯网络模型,通过改进的分支限界法确定结构主要失效模式,并将贝叶斯网络链式化来提升计算效率。根据可靠性方法计算条件概率表;使用概率网络估算法来考虑主要失效模式之间的相关性,计算系统可靠性;当有新信息出现时,利用贝叶斯网络推理,对结构系统可靠性进行评估。以一桁架结构为研究对象,计算结构系统的可靠性,并在新信息出现的情况下对系统可靠性进行了更新。     

适用于大角速率动力调谐陀螺仪的力矩器对比研究

作针对动力调谐式陀螺仪最大进动角速率较小的不足,提出了一种结构简单、作用原理新颖的力矩器结构形式,由其构成的动力调谐陀螺仪的动态性能完全可满足捷联式惯导系统的要求。     

Study on Dynamics, Stability and Control of Multi-Body Flexible Structure System in Functional Space

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＷｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｍｏｄｅｒｎｓｃｉｅｎｃｅａｎｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ,ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙａｓｔｒｏｎ ａｖｉｇａｔｉｏｎｈａｖｉｎｇｂｅｃｏｍｅｐｒａｃｔｉｃａｌｌｙ ,ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｄｉｓｃｕｓｓｉｎｇｄｙｎａｍｉｃｓ,ｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｏｆｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｌａｒｇｅｆｌｅｘｉｂｌｅｓｐａｃｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ (ＬＦＳＳ)ｈａｓｂｅｅｎａａｃｔｉｖｅｒｅｓｅａｒｃｈｆｉｅｌｄａｔｈｏｍｅａ…     

埋入压电元件的自诊断智能结构的理论分析与实验研究

将压电元件埋设于复合材料层板结构中，可实现结构应变分布的在线监测。本文提出一种采用压电应变传感器阵列和人工神经网络模型的自诊断方法，对局部埋入压电应变传感元件的平板结构进行了分析，采用神经网络模型根据压电传感器组的输出识别结构承载位置和大小，对该方法进行了数值模拟和实验验证。     

Optimal bounded control for nonlinear stochastic smart structure systems based on extended Kalman filter

An optimal bounded control strategy for smart structure systems as controlled Hamiltonian systems with random excitations and noised observations is proposed. The basic dynamic equations for a smart structure system with smart sensors and actuators are firstly given. The nonlinear stochastic control system with noised observations is then obtained from the simplified smart structure system, and the system is expressed by generalized Hamiltonian equations with control, random excitation and dissipative forces. The optimal control problem for nonlinear stochastic systems with noised observations includes two parts: optimal state estimation and optimal response control based on estimated states, which are coupled each other. The probability density of optimally estimated systems has generally infinite dimensions based on the separation theorem. The proposed optimal control strategy gives an approximate separate solution. First, the optimally estimated system state is determined by the observations based on the extended Kalman filter, and the estimated nonlinear system with controls and stochastic excitations is obtained which has finite-dimensional probability density. Second, the dynamical programming equation for the estimated system is determined based on the stochastic dynamical programming principle. The control boundedness due to actuator saturation is considered, and the optimal bounded control law is obtained by the programming equation with the bounded control constraint. The optimal control depends on the estimated system state which is determined by noised observations. The proposed optimal bounded control strategy is finally applied to a single-degree-of-freedom nonlinear stochastic system with control and noised observation. The remarkable vibration control effectiveness is illustrated with numerical results. Thus the proposed optimal bounded control strategy is promising for application to nonlinear stochastic smart structure systems with noised observations.     

Numerical analysis on flutter of Busemann-type supersonic biplane airfoil

The Busemann-type supersonic biplane can effectively reduce the wave drag through shock interference effect between airfoils. However, considering the elastic property of the wing structure, the vibration of the wings can cause the shock oscillation between the biplane, which may result in relative aeroelastic problems of the wing. In this research, fluid–structure interaction characteristics of the Busemann-type supersonic biplane at its design condition have been studied. A theoretical two-dimensional structure model has been established to consider the main elastic characteristics of the wing structure. Coupled with unsteady Navier–Stokes equations, the fluid–structure dynamic system of the supersonic biplane is studied through the two-way computational fluid dynamics/computational structural dynamics (CFD/CSD) coupling method. The biplane system has been simulated at its design Mach number with different nondimensional velocities. Different initial disturbance has been applied to excite the system and the effects of the position of the mass center on the system’s aeroelastic stability is also discussed. The results reveal that the stability of the airfoil in supersonic biplane system is decreased compared with that of the airfoil isolated in supersonic flow and such stability reduction effect should be given due attention in practical design.