基于有限元概念的解析解

基于有限元概念,本文研究了结构响应对于设计变量的严格解析解,以空间桁架为例,得到了位移显式的解析表达式——一个关于截面设计变量的有理函数,并进行了严格的数学论证;进而推出了有益于结构敏度分析、结构优化的若干结论,针对含有位移显式的优化模型,提出了采用广义几何规划解法的建议;最后计算了若干简例.     

提高超静定桁架承载能力的杆长调整法

基于超静定桁架的内力分布特点,调整杆长改变单元应力,使结构承载能力得到提高,通过几个例题验证了方法的有效性。     

智能抛物面天线多目标最优控制

大型天线必须保持非常精确的形状。由于载荷变化及各种随机干扰,为了保持精确的形状,这类结构宜采用主动控制。针对智能抛物面天线结构,建立了对天线反射面的最佳吻合抛物面的RMS精度和作动器能耗为综合目标的多目标优化模型。优化模型以结构强度和作动器性能作为约束条件,模型转化为二次规划问题进行求解,实现智能抛物面天线的准静态最优控制。算例表明,可以用较少的作动器,实现大型天线结构的精密控制。     

化可分离凸规划为对偶规划显式模型的普适解法研究比较

文章旨在提升对偶规划显式模型(dual programming-explicit model, DP-EM)的建模和求解的境界. DPEM模型从一类变量可分离凸规划的特点出发,突破了对偶目标二阶采用近似的定势,推导得出显式的对偶目标函数;应用于ICM方法求解连续体结构拓扑优化问题时,其求解效率比对偶序列二次规划方法 (DSQP)和可移动渐近线方法 (MMA)求解效率更高.文章进一步把常见的一类显式模型抽象为普适的可分离凸规划列式,在需要满足的一些条件下,转换为DP-EM模型,并且提出4种处理方法:(1)对偶变量迭代逼近法;(2)指数函数形式的解法;(3)幂函数形式的解法;(4)基于变换的精确解法.为了进行数值验证,做了广泛的计算,限于篇幅,文章列出了5个具有代表性的算例,除了算例1属于纯数学问题,其余4个算例皆基于ICM方法,分别对于位移、应力、疲劳等约束和破损-安全的连续体结构拓扑优化问题,基于所提出的方法进行建模和求解,都显示了所提出方法的普适性及更高的求解效率.工作的意义在于:(1)深度方面,加深了结构优化对偶解法的研究;(2)广度方面,对数学规划对偶理论的发展做出了新的贡献.     

近似评价函数确定运动极限及其在形状优化中的应用

针对二维连续体形状优化过程中解析灵敏度求解困难的情况,利用响应面方法将目标函数和约束函数近似显式化,建立序列二次规划模型。为了保证优化模型的可靠性,结合试验设计方法,以较少的结构分析代价构造约束响应面,从而能够快而稳定地收敛,本文重点研究并建立了二次近似评价函数用以计算自适应运动极限的策略。算例说明这种策略是有效而稳定的。     

用薄壁梁截面参数拟合几何性质的有效算法

求解截面参数为变量的拟合性能的非线性方程组时，首先利用薄壁特点和柯西不等式得到较好的近似解，然后迭代计算，非常有效     

The analytical solutions based on the concept of finite element methods

On the basis of the concept of finite element methods, the rigorous analytical solutions of structural response in terms of the design variables are researched in this paper. The spatial trusses are taken as an example for the solution of the analytical expressions of the explicit displacements which are proved mathematically; then some conclusions are reached that are useful to structural sensitivity analysis and optimization. In the third part of the paper, a generalized geometric programming method is sugguested for the optimal model with the explicit displacement. Finally, the analytical solutions of the displacements of three trusses are given as examples.     

平面刚架以单元截面特性为变量的解析解*

取平面刚架单元截面面积与抗弯惯矩为变量,采用符号计算软件求解含变量的总刚度阵之逆,从而得到这种意义下的解析解。在微机上编制了通用的程序,计算出了相应的算例。     

三维连续体结构形状优化设计

借助于一种名为“函数识别器”的工具,采用“二级控制”法,实现了用设计变量控制网格变动的目的,除此之外,又在单刚对设计变量的导数计算,目标函数的敏度计算方面,提出了新的解决方案,最后给出了两个算例,验证了以上方法是切实可行的。