一种含混合变量结构的可靠性优化设计方法

提出了一种含模糊变量和区间变量的混合模型结构可靠性优化设计方法.基于模糊可靠性理论建立了含混合变量结构的可靠性模型,给出了混合模型可靠度计算方法.进而,以混合模型可靠度为约束务件建立了可靠性优化设计模型,并针对该模型为两级优化嵌套问题,采用序列线性规划法进行了求解.实例计算表明文中方法是有效可行的.     

多工况多约束下离散变量桁架结构的拓扑优化设计

提出了一个多工况下受应力、位移约束的离散变量桁架结构的拓扑优化方法,给出了结构拓扑形式变更时的约束处理方法及杆件删除策略,使基结构设计空间的维数不断降低,达到最优拓扑,避免了奇异解的出现,在算例中指出了截面离散集和位移约束对最优拓扑的影响;算例给出了满意的拓扑优化解。     

具有频率和振型概率约束的工程结构动力优化设计

对随机参数结构建立了具有频率、频率禁区和振型位置概率约束的结构动力优化设计数学模型;利用一次二阶矩法对概率约束进行了等价化处理,推导了频率、振型节点位置和可靠性指标对设计变量的灵敏度表达式;利用子空间迭代法和混合罚函数法求解,通过梁和板两个结构算例证明文中模型的合理性和求解方法的有效性。     

包含两类变量的离散变量桁架结构拓扑优化设计

建立了包含截面和拓扑两类变量的离散变量结构拓扑优化设计的数学模型,该模型考虑了截面变量与拓扑变量间的耦合关系,反映了拓扑优化问题的组合优化本质,可以较好地解决\"极限应力\"、\"最优解的奇异性\"等困扰结构拓外优化设计的问题．同时采用相对差商法进行离散变量桁架结构拓扑优化,直接求解包含两类变量的离散变量结构拓扑优化设计数学模型,收到了比较满意的效果．     

基于离散变量的多材料结构拓扑优化设计

多材料结构拓扑优化相比于单材料结构优化具有更大的设计空间,展现出巨大的设计潜力和应用前景。本文基于离散设计变量研究多材料结构拓扑优化,通过建立有效的设计优化方法,获得轻质高效的结构设计。首先,根据离散变量的特点,建立多材料结构拓扑优化模型,由离散变量下约束函数和目标函数的灵敏度信息构造序列近似整数规划子问题,采用运动极限策略限制设计变量的改变量以保证整数规划子问题的近似精度。为了解决离散变量的组合复杂性,采用具有多项式复杂度的正则松弛算法来高效求解(和经典的连续变量算法效率相当)。本文利用多材料结构最小柔顺性优化问题以及最大传热效率优化问题研究离散变量方法的有效性。数值算例表明,离散变量优化方法可以获得稳定迭代收敛的多材料拓扑设计,优化构型中的材料界面清晰分明,有效避免了出现模糊区域。     

桁架结构动力特性可靠性优化设计

对结构物理参数和几何尺寸同时具有随机性的桁架结构动力特性进行了分析,构建了以杆截面积为设计变量,结构重量极小化为目标函数,满足基频和频率禁区可靠性约束的结构动力优化设计数学模型,并对其中关切频率的估定、两种频率约束的统一表示等予以讨论,利用复合形法求解.最后给出了两个算例.     

具有动应力和动位移约束的离散变量结构形状优化设计方法

讨论了动应力、动位移约束下离散变量状优化设计问题。首先用拟静力算法,将结构惯性力极值作为静载荷施加到结构上,求得结构的动位移和动内力,然后将考虑动应力约束和动作移约束的离散变量结构优化设计问题化为静应力和静位移约束的优化问题。在求解过程中,将单元内力作了一阶近似,并将多约束问题转化为单约束问题,然后利用两类变量统一考虑的离散变量结构形状优化设计的综合算法进行求解。     

基于概率的工程结构动力特性优化设计

首先对结构材料物理参数为随机变量时 ,结构刚度和质量矩阵的建立以及结构特征值随机变量的数字特征进行了推导。在此基础上 ,构造了具有频率或频率禁区可靠性约束的工程结构动力优化数学模型 ,并对其中关切频率的估定 ,两种频率约束的统一表示等进行了讨论。优化求解采用子空间迭代和复合形方法。最后通过桁架和梁结构两个算例 ,说明文中模型和方法的正确与可行。     

基于位移约束的类周期性连续体结构拓扑优化设计

提出了一种基于位移约束的类周期性连续体结构拓扑优化设计的方法。为了获得类周期性结构的最优拓扑,将优化的结构区域划分成若干个子区域;为了解决目标函数振荡问题,在每一迭代步形成并引入变位移约束限,以单元相对密度指数幂的倒数作为设计变量,建立了位移约束的显式近似式,并形成了以结构质量作为目标函数、以位移作为约束条件的类周期性结构拓扑优化近似模型;本文通过改进对偶求解方法,建立了拉格朗日乘子迭代求解公式;引入虚拟子域设计变量,建立了类周期性结构各子区域单元设计变量之间的联系,满足了指定的类周期性约束条件,并推导出了设计变量迭代公式;最后给出了梁结构拓扑设计和双坡梯形屋钢屋架设计的算例。结果表明：随着周期数的增加,子结构尺寸对最优拓扑的影响减弱;优化迭代过程中没有目标函数振荡现象。以上结果验证了本文方法的可行性和有效性。     

材料交界面上连续应力分析的改进拉氏乘子法

引进材料界面的节理单元,以其刚度参数为罚参数,利用代表界面接触应力的拉氏乘子,通过迭代求解得到界面上的应力,为计算粘结在一起的不同材料交界面上的应力提供了一种非常有效的方法.     

The Lagrange Multiplier in Incompressible Elasticity Theory

The first variation condition for the potential energy in nonlinear elasticity for incompressible materials provides a linear functional which vanishes on an appropriately constrained set of variations. We prove a representation theorem for such linear functionals which forms the basis for the existence of a constraint reaction (Lagrange multiplier) field. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

用ICM法拓扑优化静位移及频率约束下连续体结构

用ICM方法建立了静位移及频率约束下、重量最小为目标的连续体结构拓扑优化模型。采用独立于截面及形状参数的连续拓扑变量,借助于过滤函数,位移约束用莫尔定理显式化,频率约束用瑞利商求导数借助模态动能及模态应变能近似显式化。用图形过滤处理的方法解决了棋盘格及网格依赖问题。通过构造适当的过滤函数有效地防止了局部模态问题。动态引入防止模态交换的频率约束条件,使迭代过程不发生振荡。算例表明:用ICM方法建立的模型在处理多工况静位移约束、多频率约束及解决局部模态及模态交换等问题上有优势。     

BOUNDARY ELEMENT METHOD FOR BUCKLING EIGENVALUE PROBLEM AND ITS CONVERGENCE ANALYSIS

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｂｕｃｋｌｉｎｇｅｉｇｅｎｖａｌｕｅｐｒｏｂｌｅｍｈａｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｉｎｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅ.Ｈｅｎｃｅｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｓｅｐｒｏｂｌｅｍｓｉｓｅｘｔｒｅｍｅｌｙｍｅａｎｉｎｇｆｕｌｉｎｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｍｅｃｈａｎｉｃｓ.ＴｈｅｐｒｅｓｅｎｔｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｍｅｔｈｏｄｓｆｏｃｕｓｏｎＦＥＭ ,ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｍ…     

一种新的数值方法——无网格伽辽金法（EFGM）

无网格伽辽金法（ＥＦＧＭ）是近几年发展起来的与有限元相似的一种数值算法,它采用移动的最小二乘法构造形函数,从能量泛函的弱变分形式中得到控制方程,并用拉氏乘子满足本征边界条件,从而得到偏微分方程的数值解中得到该法只需节点信息,不需将节点连成单元,此外,还有精度高,后处理方便等优点,本文介绍其基本原理及实现过程,并用算例表明,该法具有一定的发展前景。     

Boundary element method for buckling eigenvalue problem and its convergence analysis

The conditions for determining solution of buckling eigenvalue problem are discussed. The corresponding system of integral equations with constraint conditions and boundary variational equations with Lagrange multiplier are established. The theorems on the existence and uniqueness of the solution for these problems are given. The corresponding boundary element method is constructed and the error estimation for the approximation solution is obtained. Finally the numerical example is given. Foundation item: the National Natural Science Foundation Pre-research Project (T4107015) Biography: Ding Rui (1969-)     

Pinpoint calculation of tooth deflection on spur gear by means of method of complex variables in plane elasticity

This paper ineorporated and developed the method originated by AIDA.TERACCHI. and NAGAMUYA. to which a high value is set presently at home andabroad, in which the stress and deflection of tooth on spurgears are calculated by means ofthe method of complex variables in plane elasticity. In this paper, their approximatesolution was developed to become exact solution. The accuracy of the mapping shape oftooth was increased. It was mentioned that the mapping function was expressed by fivefractional terms. with the mapping error being less than 1%m.A calculating principle wasproposed to find out the displacement of contact point in relation to central line of theadjacent gear tooth affecting the quality of mesh of gears directly.The computer programwas made, and according to the computed results.the figures were given so that thedisplacement of the contact point in the normal direction can be calculated conveniently forengineering calculation.     

弹性理论中的临界变分及消除方法

临界变分现象是拉氏乘子法的固有特性，钱伟长应用高阶拉氏乘子消除了临界变分现象。本文将提出一种新的方法－凑合反推法，这种方法摒充了拉氏乘子法，把拉氏乘子所在的项目一个待定函数Ｆ代替。这样构成的泛函，作者称之为试泛函。而待定函数Ｆ的识别类似于拉氏乘子的识别。通过该法可以方便地构造出各种多变量广义变分原理，并且可以消除临界变分现象。     

结构拓扑优化ICM方法的改善

对结构拓扑优化的ICM(独立、连续、映射)方法进行了深入探讨,通 过选取不同的过滤函数可以不进行每步删除而得到清晰的拓扑图形. 以位移约束为例阐述了 ICM方法建模及求解过程. 对位移约束、频率约束、位移及频率约束、简谐载荷激励下动位 移幅值约束等拓扑优化进行了研究,计算算例表明ICM方法在处理静力问题及动力问题的拓 扑优化都是可行的. 程序算法都在MSC.Nastran及MSC.Patran的二次开发环境下实现,与 原软件有机结合在一起.