能量函数在高拱坝动力优化设计中的应用

针对高地震区高拱坝的抗震设计 ,从高拱坝的动力平衡方程出发 ,导出了基于拱坝体型特征量的状态控制方程 ,提出了拱坝结构抗震动力优化设计的数学模型 ,建立了动力最优化的能量目标函数。应用于小湾拱坝的抗震设计中 ,动力优化方案相对于初始方案 ,在应力指标和大坝体积上均得到改善 ,体现了较好的安全性与经济性 ,表明在动力优化设计中应用能量目标函数对提高拱坝抗震能力有效可行 ,具有综合的“多目标”特征     

基于高阶矩的稳健优化设计研究

采用随机响应量的前四阶统计矩来度量目标函数和概率约束条件的稳健性, 通过引入“权重因子”来确定新构造的目标函数中原 函数和敏感系数的比重, 利用加权组合法将稳健优化设计这一多目标优化问题转化为单目标问题, 从而建立新的基于高阶矩的稳健优化设计数学模型. 矩估计方法可高效地评估目标函数和概率约束条件的统计矩, 且不需要搜索技术, 因此不构成嵌套循环(即稳健优化过程是单循环的), 从而可以大大降低优化的计算工作量. 对多个桁架结构进行了确定性优化设计、可靠性优化设计、传统的和该文所提的稳健优化设计, 验证了所建立的基于高阶矩的稳健优化设计数学模型的合理性和正确性, 比较并解释了计算所得的优化结果.     

正交异性钢桥面系的多目标离散优化设计

将大跨径钢桥的正交异性钢桥面板和其上的铺装层作为钢桥面铺装体系整体进行多目标优化设计.取钢桥面铺装体系结构总重量最轻及铺装层使用年限最长两类指标构造目标函数,在此基础上采用功效函数法确定了目标函数的权重系数.应用正交异性钢桥面系力学性能控制指标和疲劳寿命预测公式,建立多目标优化设计的数学模型.引入蚂蚁算法,开发了钢桥面铺装体系结构多目标离散优化设计程序.以国内某大跨径钢桥为对象, 采用多目标优化设计方法, 给出钢桥面铺装体系中各参数的优化值.结果表明, 应用多目标优化设计方法对大跨径钢桥面铺装体系设计是可行的.研究成果可为大跨径钢桥面铺装体系结构的设计提供理论依据.     

双曲拱坝优化设计中的几个问题

本文在早先工作的基础上,进一步研究了双曲拱坝的优化设计问题,给出了五心圆双曲拱坝和抛物线双曲拱坝的几何模型,离散几何模型和混合几何模型,对各种拱坝几何模型的特点进行了分析和评述,提出了通过设计变量的缩减而得到几种不同几何模型的方法,给出了两阶段优化方法和边界搜索法,在我国,双曲拱坝的优化设计已开始应用于实际工程,效果显著。本文介绍了为使拱坝优化设计进入实用阶段而采取的一些策略。     

多体系统动力学设计灵敏度分析直接微分法

针对受完整约束的多体系统动力学微分／代数方程数学模型动态最优化设计问题，建立了通用的目标函数和约束方程，并以此为基础，用直接微分方法系统地推导出了计算设计灵敏度的通用公式，最后通过平面机械臂模型对理论结果和相应算法进行了验证．     

多工况下连续体结构的多刚度拓扑优化设计和二重敏度过滤技术

针对多工况载荷条件下连续体结构拓扑优化设计的研究现状,以各载荷下对应结构的最小柔度作为目标函数,基于带权重的折衷规划法和SIMP密度函数插值模型,提出并建立了多载荷条件下线弹性连续体结构拓扑优化设计的数学模型．对优化过程中出现的棋盘格式和网格依赖性等数值计算问题进行了研究,在此基础上提出一种二重敏度过滤技术,该方法能有效消除优化结构中的棋盘格式,并使优化结构体现出较好的网格无关性．通过几个典型的算例证明了该文方法的有效性．     

随机参数连续体结构的动力学拓扑优化

构造了基于概率的连续体结构动力特性拓扑优化设计数学模型,以结构的形状拓扑信息为设计变量,结构总重量极小化为目标函数,满足结构多阶固有频率约束的可靠性要求为约束条件。利用分布函数法对模型中的可靠性约束进行了等价化处理。采用了渐进结构优化(ESO)的求解策略与方法。通过算例验证了文中所提出的设计模型及求解策略与方法的合理性和有效性。     

连续体结构的拓扑优化设计

对基于有限元数值求解技术的连续体结构的拓扑优化设计技术进行了综述. 利用密度-刚度插值格式和优化准则方法, 以结构的柔度最小化作为优化的目标函数, 论述并建立线弹性结构的静力学拓扑优化设计的数学模型和设计变量显示的迭代格式; 基于数学规划方法中的一种凸规划方法----移动渐近线方法和密度方法, 以结构的频率最大化作为优化的目标函数, 论述并建立了特征值问题拓扑优化设计的数学模型和设计变量隐式的更新方法. 对多目标拓扑优化问题、柔性机构的拓扑优化问题以及多物理场拓扑优化设计问题进行了讨论. 对优化结构中出现的棋盘格式和网格依赖性等数值计算问题进行剖析和讨论, 介绍和分析了目前解决数值计算问题常见的方法, 在此基础上对边界扩散现象进行了讨论. 给出了连续体结构拓扑优化设计的程序流程, 并用Matlab程序实现了算法, 通过几个典型的算例证明所综述方法的有效性.     

工业化住宅系统建模和控制的初步分析

探索用系统科学原理和方法分析工业化住宅的形成过程，讨论了工业化住宅系统的结构模型，邻接矩阵，数学模型及知识模型，构建了工业化住宅系统的集成模型，提出了工业化住宅系统优化设计原则和目标函数，分析了工业化住宅形成过程的多级递阶协调控制结构．为住宅工业化提供相关的理论指导．     

基于无网格数值求解技术的二维连续体结构拓扑优化设计

将无网格径向点插值法(RPIM)引入到连续体结构拓扑优化设计中。在优化问题中,选取节点的相对密度作为设计变量,以结构的柔度最小化作为目标函数,基于带惩罚的各向同性固体材料模型(SIMP)建立了结构拓扑优化的数学模型,推导了目标函数和体积约束的灵敏度,利用优化准则法进行求解。算例表明了应用无网格径向点插值法进行结构拓扑优化设计的可行性和有效性,同时表明选取节点的相对密度作为设计变量可以有效地克服拓扑优化中的棋盘格现象。     

基于ICM方法的刚架拓扑优化

将ICM(独立、连续、映射)优化方法应用于刚架结构，建立了以重量为目标函数、考虑多工况下应力和位移约束的刚架结构拓扑优化模型。借助于磨光函数和过滤函数，实现了离散变量和连续变量之间的相互转换。考虑多工况应力拓扑解之间、应力和位移约束下拓扑解之间的协调，得到了合理的结果。文中给出的刚架结构拓扑优化算例表明，刚架结构的拓扑结构不同于桁架或连续体。     

动态设计变量优化方法及其在工程静力学通用程序设计中的应用

本文提出动态设计变量优化新方法并解决理论和工程问题，该方法首先构建目标函数框架，然后根据具体问题的输入条件，动态地进行设计变量分配和合理排序，形成实际问题的动态目标函数。基于动态设计变量优化方法，编制出一个能解决单刚体、刚体系的平面和空间问题、摩擦问题和桁架所有工程静力学平衡问题的通用程序，并通过实例分析验证。为解决更多工程领域问题提供有效新观点。     

平面连续体多工况应力约束下结构拓扑优化的有无复合体方法

本文在[4]的基础上,按“有无复合体”模型对应力的约束下多工况平面连续体结构拓扑优化的求解进行研究,提出了“工况影响系数”的概念,用于“病态荷载”问题的识别的解决,获得了令人满意的数值结果。     

三维多向编织复合材料有效弹性模量的细观计算力学分析

编织复合材料性能预报与材料优化设计研究是纺织复合材料研制开发的重要环节,本文在已建立的三维多向编程复合材料单胞几何模型的基础上,研究建立了含多相介质单元的有限元分析方法,结合实例预报了碳／环氧四向编织复合材料的有效性能并和实验结构进行了对比。     

多尺度有限差分方法求解波动方程

小波分析是多尺度分析方法，本文利用具有紧支集的正交小波变换对有限差分方程进行空间多尺度近似，提出适合于层状介质波传问题数值计算的多尺度有限差分方法，将波动方程的求解转换到小波域中进行。利用小波基的自适应性与消失矩特性，有效减少了计算量、提高了稳定性，扩大了可求解的速度范围。地球物理勘探中的数值实例显示了算法具有良好效率。     

多层金属爆炸焊接复板飞行姿态的计算方法

在两层金属爆炸焊接复板飞行姿态的理论计算基础上，运用质量守恒、动量守恒定理和契特公式推导了多层金属爆炸接复板飞行姿态的理论计算模型，经过实验验证，该计算模型和实验相符合，对于多层金属爆炸焊接工艺参数的设计具有很高的使用价值。     

CFD‐based multi‐objective optimization method for ship design

This paper concerns development and demonstration of a computational fluid dynamics (CFD)‐based multi‐objective optimization method for ship design. Three main components of the method, i.e. computer‐aided design (CAD), CFD, and optimizer modules are functionally independent and replaceable. The CAD used in the present study is NAPA system, which is one of the leading CAD systems in ship design. The CFD method is FLOWPACK version 2004d, a Reynolds‐averaged Navier–Stokes (RaNS) solver developed by the present authors. The CFD method is implemented into a self‐propulsion simulator, where the RaNS solver is coupled with a propeller‐performance program. In addition, a maneuvering simulation model is developed and applied to predict ship maneuverability performance. Two nonlinear optimization algorithms are used in the present study, i.e. the successive quadratic programming and the multi‐objective genetic algorithm, while the former is mainly used to verify the results from the latter. For demonstration of the present method, a multi‐objective optimization problem is formulated where ship propulsion and maneuverability performances are considered. That is, the aim is to simultaneously minimize opposite hydrodynamic performances in design tradeoff. In the following, an overview of the present method is given, and results are presented and discussed for tanker stern optimization problem including detailed verification work on the present numerical schemes. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于实验设计法的工程结构优化设计

基于实验设计法,提出了一种新的工程结构优化设计方法,这种方法将设计变量的水平值配列于正关表中,按正交表的参数组合条件进行结构解析,通过对设计变量对于目标函数值的方差分析和F检验,改变设计变量的水平值,进而通过迭代计算使设计变量趋地最优解,本文以杵架结构为计算例,验证了本方法的全局收敛性和优化精度,由于无需构建目标函数和约束函数以及微分计算,此方法具有简单而又适应广泛的优点。     

Multi‐objective optimization of a rotating cooling channel with staggered pin‐fins for heat transfer augmentation

A rotating channel with staggered pin‐fins is formulated numerically and optimized for performance (heat transfer/required pumping power) using a Kriging meta‐model and hybrid multi‐objective evolutionary algorithm. Two design variables related to cooling channel height, pin diameter, and spacing between the pins are selected for optimization, and two‐objective functions related to the heat transfer and friction loss are employed. A design of experiment is performed, and 20 designs are generated by Latin hypercube sampling. The objective function values are evaluated using a Reynolds‐averaged Navier–Stokes solver, and a Kriging model is constructed to obtain a Pareto‐optimal front through a multi‐objective evolutionary algorithm. Rotation in a cooling channel with staggered pin‐fins induces Coriolis force that causes a heat transfer discrepancy between the trailing (pressure) and leading (suction) surfaces, with a higher Nusselt number on the trailing surface. The tradeoff between the two competing objective functions is determined, and the distribution of the Pareto‐optimal solutions in the design space is discussed through k‐means clustering. In the optimal designs, with a decrease in spacing between the pins, heat transfer is enhanced whereas friction loss is increased. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

全平衡钢索提升式升船机组合结构自振特性

提出了全平衡钢索提升式升船机组合结构的动力模型。在多重子结构分析中利用子空间迭代完成了整体组合结构的自由振动计算，同时对升船机运行系统的稳定性进行了分析和讨论。