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。     

一种基于两级集成系统合成法的多学科稳健优化方法

针对多学科设计优化中约束存在不确定性的问题,提出了一种稳健优化方法。在该方法中采用区间模型描述不确定性设计变量,约束变化区间的最大值采用遗传算法求得,然后通过选定的满意度水平确定相应的约束值。多学科优化过程依靠两级集成系统合成法实现。通过算例验证了该方法的有效性,对处理多学科不确定性优化设计问题有一定的指导意义。     

状态向量的扩展有限元方法研究

利用哈密顿正则方程的半解析法计算单元位移场和应力场,可以得到精度比较高的解.但此半解析法在计算应力尖峰区域时,该区域要细化网格.当裂纹扩展时,又要重新生成刚度矩阵进行求解,导致求解效率降低.利用扩展有限元处理裂纹的不连续性,当裂纹扩展时可以避免网格的重构.为充分利用状态向量方程和扩展有限元的优势,该文将两者结合起来分析材料的断裂问题:计算应力强度因子和模拟裂纹扩展.最后通过算例分析,验证了该文提出方案的可行性.     

损伤识别一种改进的残余力向量法

提出了一种改进的残余力向量法用于工程结构损伤识别.分析了利用结构有限元模型缩聚技术给残余力向量法所造成的误差,提出了一种改进的残余力向量法.以平面桁架结构为算例,比较了改进方法与原方法的损伤识别结果.结果表明,改进的方法合理可靠、精度高.     

基于星历匹配法的载人小行星探测轨迹优化问题求解

对基于星历匹配法的载人小行星探测轨迹优化问题解法进行了研究. 提出星历匹配法的概念,利用其求出最优发射窗口初值与候选最优探测序列,然后利用遗传算法对特定探测序列的时间节点等参数进行优化,最后利用基于庞德里亚金极大值原理的同伦法进行小推力转化以求得最终探测轨道及其推力控制律. 结果显示星历匹配法可以快速准确地求出最优发射窗口初值与候选探测序列,这大大提高了载人小行星探测等多目标交会探测问题的求解效率.     

基于改进残余力向量法的桁架结构损伤诊断

提出一种基于改进残余力向量法的桁架结构损伤诊断方法. 先由灵敏度分析, 求出结构刚度联系矩阵,再由刚度联系矩阵将损伤后的刚度摄动矩阵展开成对角矩阵,代入 残余力向量方程,得到由刚度联系矩阵表示的新的残余力向量方程,此方程可以直接求解, 即可诊断出桁架结构的损伤杆件及其损伤程度. 对于实测中难以获得完备振型的情况,采用 模态扩阶的方法来获得完备的测试振型. 最后以一桁架结构进行数值仿真分析,证实了该方 法的有效性.     

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.     

结构在脉动风作用下矢量优化设计

本文提出在设计风速一次作用下,发生破坏概率最小,并结构物重量最轻的双目标优化思想.并构造了一个含有这二个目标值的替代函数.使上述矢量优化问题转化为一个替代的无约束优化问题来解决.其优点在于省时,方便.结构破坏概率不作为约束条件而作为目标提出,不必事先定出约束的边界,节省准备时间.其次,计算时无须每步判别是否满足约束条件,正大大地节省机时.     

RELIABILITY ASSESSMENT OF STRUCTURAL SYSTEMS BASED ON DIRECTIONAL VECTOR SIMULATION TECHNIQUE

The new improved directional vector simulation method for analyzing the reliability of structural systems failure probability is researched. This paper also points out the defects of general directional vector simulation, and gives rise to a new higher accuracy approximate integral formula of structural systems failure probability. A new geometric meaning of characteristic function is obtained. A new simple method of generating uniformly distributed random vector samples inn-dimensional unit hyper-spherical surface is put forward and strictly proved. This method is easy to put into practice. Numerical examples are given to show the applicability and effectiveness of the suggested approach to structural systems reliability problems. Supported by Chinese Postdoctor Fund([1998]6, 23).     

基于复数矢径的波叠加法解声辐射问题

利用波叠加法与结构动力分析中的相似性,提出了一种在波叠加法中克服解非唯一的通用方法,即在虚拟源强系统中加入一定的虚拟阻尼从而能获得全波数域内的唯一解,并以此为基础提出了一种新的加入虚拟阻尼的方法--复数矢径波叠加法.文中给出了脉动球和摆动球两个数值算例,计算结果表明:本文方法不仅能有效解决数值求解过程中解非唯一的问题,且计算时间只与标准波叠加法相当,计算精度却比同类方法高.     

基于方向向量模拟技术的结构系统可靠性评价

对结构系统可靠性分析中的方向向量模拟方法进行了研究,指出一般方向向量模拟方法的不足,给出一个精度较高的结构失效概率近似积分公式,对示性函数[g(r)]的几何意义进行了阐述,提出了一种生成服从n(n≥2)维单位球面上均匀分布的随机方向向量样本而不依赖于分布的方法,该方法简单易行,并从数学上给出了严格证明.数值算例表明了该方法的有效性和广泛的适用性.     

基于残余力向量的桁架梁损伤识别研究

定义残余力向量为结构的损伤指标,给出了根据结构特征值方程详细推导残余力向量的理论过程.并以简支桁架梁为研究对象,利用残余力向量进行桁架梁的局部损伤识别,成功识别出桁架梁的单一和多处局部损伤;同时考虑实际测量中存在噪声影响,引入了损伤定位指数,分析了噪声对损伤识别精度的影响.理论分析和数值仿真结果表明,残余力向量能有效识别桁架梁的局部中小损伤,且有较好的抗噪性.