非线性函数的混沌优化方法比较研究

已有的混沌优化方法几乎都是利用Logistic映射作为混沌序列发生器，而Logistic映射产生的混沌序列的概率密度函数服从两头多、中间少的切比雪夫型分布，不利于搜索的效率和能力。为此，首先根据Logistie映射混沌轨道点密度函数的特点，建立改进的混沌-BFGS混合优化算法。之后，考虑到Kent映射混沌轨道点密度为均匀分布，建立了基于Kent映射的混沌-BFGS混合优化算法。然后对五种混合优化方法——不加改进的和改进的基于Logistic映射的混沌-BFGS法，基于Kent映射的混沌-BFGS法，Monte Carlo试验-BFGS法，网格-BFGS法进行了研究，分别对3个低维和2个高维非线性复杂测试函数进行优化计算，对它们的全局优化计算效率和寻优能力做了比较，并探讨了混合优化方法全局优化性能差异的原因。结果表明，混沌优化方法是与Monte Carlo方法类似的一种随机性试验优化方法。而且，这类优化方法的计算性能至少与以下因素有关：混沌／随机序列的统计性质，优化问题全局最优点位置。  

隔震结构的研究概况和主要问题

简要概括了国内外隔震技术的应用发展状况.系统总结、评述了隔震结构若干方向的研究进展,包括隔震结构的非线性地震反应分析和非线性动力学性态分析、可靠度分析、优化设计、系统识别、试验研究等内容.指出了隔震技术发展中需要解决的几个主要问题,例如新型隔震元件、隔震体系的开发,隔震结构的经济可行性分析,与隔震技术发展相适应的设计、施工规范等.最后在结束语中探讨了隔震设计与基于功能的设计、分灾设计等结构抗震设计思想的关系.  

结构可靠度FORM方法的混沌动力学分析

引入混沌动力学理论讨论了FORM收敛失败的非线性动力学根源. 给出了几个典 型函数在参数区间上的可靠指标分岔图，展示了极限状态函数经过FORM迭代成为 非线性映射后计算结果的周期振荡、分岔和混沌等复杂动力学现象，计算了非线性映射的 Lyapunov指数. 结果表明，极限状态函数设计点的曲率大小与FORM的收敛性没有简单的联 系，判别FORM迭代计算收敛性的指标是非线性映射的Lyapunov指数.  

基于功能的基础隔震结构一体化优化设计

“投资-效益”准则作为基于功能的抗震设计的一个基本原则，反映了现代结构抗震设计思想的一个重要转变，即从以往只注重结构安全，向全面注重结构的功能、安全及经济等诸多方面发展。本文根据“投资-效益”准则，建立了基于功能的基础隔震结构一体化优化设计模型，其中目标函数考虑了结构生命周期内的总造价，包括结构初始造价和不同发生概率的大震、中震、小震作用下的结构损失期望，约束条件包括隔震层水平位移、上部结构层间变形等，优化过程中同时对上部结构截面尺寸和隔震器参数进行优化。算例表明，本文建立的基于功能的隔震结构优化模型是合理可行的，可为实际隔震结构的优化设计提供参考。  

薄板弯曲分析的高阶高效无网格法

与传统有限元法相比,无网格法具有节点形函数高度光滑、易于形成高阶近似等优势,更适合于以薄板弯曲问题为代表的高阶偏微分方程的数值求解.然而,高阶无网格法的形函数是非多项式的有理函数,导致弱形式的区域积分难以得到精确计算,通常采用的高阶高斯积分方法需使用大量积分点,计算效率低且精度不高.论文针对薄板弯曲问题的高阶(三阶)无网格法分析,首次发展了与该高阶近似相一致的曲率光顺方案,并基于背景三角形积分单元建立了相应的数值积分格式,大幅度减少了所需的积分点数目.所发展方法的关键在于计算刚度阵所需的形函数的二阶导数由形函数及其一阶导数通过散度定理确定,而非对形函数直接求导获得.数值结果表明,基于标准的高斯积分方案的高阶无网格法精度不高,不能精确再现纯弯曲和线性弯曲模式,且得到的弯矩场分布存在严重的虚假数值振荡.而论文所建议的基于曲率光顺方案的高阶无网格法能够方便高效地求解薄板弯曲问题,尤其是它能精确反映纯弯曲和线性弯曲模式.与标准的高斯积分方法和目前主流的常曲率光顺方法相比,论文方法在计算效率、精度、弯矩分布等方面均展现出显著优势,因而具有较好的应用价值.  

结构力学发展的早期历史和启示

系统地梳理和总结了结构力学自17世纪牛顿经典力学的创立到20世纪 五六十年代矩阵位移法和有限元法的建立这一段不平凡的发展历史，并列出了 从中获得的几点历史启示，为培养学生创新能力和实施创新教育提供一些素材，大 学生和教师们在结构力学课程的学习和教学中可以借鉴参考.  

基于IGA-SIMP法的连续体结构应力约束拓扑优化

建立了一种IGA-SIMP框架下的连续体结构应力约束拓扑优化方法。基于常用的SIMP模型，将非均匀有理B样条（NURBS）函数用于几何建模、结构分析和设计参数化，实现了结构分析和优化设计的集成统一。利用高阶连续的NURBS基函数，等几何分析（IGA）提高了结构应力及其灵敏度的计算精度，增加了拓扑优化结果的可信性。为处理大量局部应力约束，提出了基于稳定转换法修正的P-norm应力约束策略，以克服拓扑优化中的迭代振荡和收敛困难。通过几个典型平面应力问题的拓扑优化算例表明了本文方法的有效性和精确性。应力约束下的体积最小化设计以及体积和应力约束下的柔顺度最小化设计的算例表明，基于稳定转换法修正的约束策略可以抑制应力约束体积最小化设计中的迭代振荡现象，获得稳定收敛的优化解；比较而言，体积和应力约束下的柔顺度最小化设计的迭代过程更加稳健，适合采用精确修正的应力约束策略。  

基于功能度量法的概率优化设计的收敛控制

概率结构优化设计(PSDO)中概率约束的评定可以采用最近提出的、被认为更 高效、稳定的功能度量法(PMA). 改进均值(AMV)迭代格式经常在PMA中使用，但它对一些非 线性功能函数或非正态随机变量，搜索最小功能目标点时可能陷入周期振荡或混沌解，从而 使PSDO的两层次算法或序列近似规划算法优化计算失败. 利用混沌反馈控制的稳定 转换法对功能度量法的AMV迭代格式实施了收敛控制，使嵌入周期和混沌轨道的不稳定不动点 稳定化，获得稳定收敛解，从而使概率约束的评定能正常进行；再由两层次算法或序列 近似规划算法进行结构优化设计. 算例结果表明了稳定转换法实施收敛控制的有效性，以及 序列近似规划算法相对高效的优点.  

结构可靠度分析FORM迭代算法的混沌控制

利用混沌控制原理对FORM收敛失败进行控制. 理清了全局性和局部性两类混沌反馈 控制各种方法的内在联系，说明稳定转换法和自适应调节法属于全局混沌反馈控制 方法，自适应调节法可视为稳定转换法的特例. 参 数调节混合法不过是松弛牛顿法的另一种表达形式，它们都属于局部混沌反馈控制方法. 阐 明了混沌反馈控制表达式与工程力学收敛控制迭代算法的对应关系. 也揭示了这些迭代算法 收敛控制措施的功效和局限性. 提出了一个以稳定转换法为主联合松弛牛顿法的混 沌反馈控制方法，对可靠度分析FORM迭代算法实现了周期振荡、分岔和混沌控制.  

基于虚位移原理的直接机动法作超静定力影响线

当前教材中介绍的作超静定力影响线的机动法是一种联合使用力法和位移互等定理的间接方法，与作静定力影响线的机动法不一致．本文建立了求作超静定结构反力和内力影响线的直接机动法．首先利用虚位移原理推导了机动法求作超静定结构内力（反力）影响线的公式，表明超静定结构影响线对应于撤除了相应约束的基本结构施加单位位移引起的位移曲线．然后给出了一种概念清晰、过程统一、适用广泛的计算超静定力影响线方程的方法，最后展示了几个具体算例．