考虑频率和应力约束的索网式天线多目标优化设计

为确保天线的表面精度和工作性能,综合考虑了天线结构重量、频率、布局等诸多因素,提出了基于优化的设计方法来平衡这些因素.以绳索预张力大小、纵向调整索数目、辐射单元数目为设计变量,结构重量和网状反射面的均方根误差最小为目标函数,应力和频率为约束条件,建立了索网式可展开天线设计的多目标优化数学模型.并将多目标化为单目标用遗传算法进行了求解,结果表明:在结构表面精度达到约2mm 的条件下,结构重量能减轻12%.这表明文中所提出的优化设计方法是有效可行的,对网状天线结构的设计具有一定的指导意义.     

基于层次分解方法的桁架结构形状优化

对于桁架结构形状优化,应用层次分解优化方法,将设计变量分成杆件截面积和节点位置两类变量。求解时分为两层,第一层在给定节点位置下对杆件截面进行优化,同时考虑了应力、局部稳定约束和位移约束的重量最轻;第二层假定截面层的有效位移约束作用不变,求解一个使桁架刚度增强的二次规划问题,获得既不违反约束,又使目标函数不上升的新的节点位置,再返回第一层。两层交替进行直至收敛。     

基于目标函数的渐进结构频率优化二次灵敏度及其应用

渐进结构频率优化中的二次灵敏度反映了结构变化后单元灵敏度的变化情况,利用二次灵敏度的二次删除法能够在一定程度上解决标准渐进结构频率优化方法中效率和精度的矛盾,是一种可行的折衷算法.本文将二次灵敏度的表达式进行了进一步推广,给出了基于目标函数的二次灵敏度的表达式,然后结合算例分析了利用基于目标函数二次灵敏度的二次删除法的性能,可以看出,推广的二次灵敏度以及利用该二次灵敏度的二次删除法能够应用于复杂条件下的结构频率优化问题.     

斜拉桥索力优化的强次可行序列二次规划法

提出了一种斜拉桥索力优化的实用方法-强次可行序列二次规划法. 该方法通过建立斜拉 桥索力优化的非线性规划模型，以主梁和索塔的弯曲应变能为目标函数，斜拉索的索力为设 计变量，结构应力和索力为约束条件，计入大跨度斜拉桥各种几何非线性因素的影响，采用 强次可行序列二次规划算法进行优化求解，确定斜拉桥成桥合理状态的索力. 运用该方法对 某斜拉桥进行索力优化，结果表明该方法简单、有效.     

基于热阻模型的低雷诺数顺排圆形微针肋热沉多目标优化设计

利用离散方法建立了顺排圆形微针肋的离散热阻模型,根据文献结果选取适用于微尺度柱群绕流的压降控制函数,以减小热阻-压降为优化目标构建加权评价函数。通过MultiStart-Fmincon多目标优化算法,对层流状态下顺排圆形微针肋热沉的微柱间距、半径、宽度进行了优化设计,得到了不同权重下的尺寸优化结果,并用有限元分析软件对优化结果进行了模拟验证。结果表明,在选取的设计区间及工作环境下,本文提出的优化设计方法具有较好的合理性和精度。流场分析表明,柱间流速与过流截面积相关,迎水柱前后的流体压差较大且随微柱集度增加而增大,可通过二次设计提升迎水柱强度。     

天线结构的自动迭代设计

本文用准则法建立了大型高精度天线结构的自动迭代设计方法。用虚功法推导了天线结构在自重载荷下以重量不变为约束时相对最佳吻合抛物面的均方误差达到最小的最优准则;在优化中还考虑了最危险载荷下杆件的应力约束以及最小截面积约束。对三个天线的计算表明,此法收敛迅速,一般重分析次数在4～8次就获得收敛的结果。     

周边式桁架可展开天线基于地面的网面调整

借鉴M.C.Natori思想对周边式桁架可展开天线提出了基于地面的网面优化调整方法,建立了以纵向拉索调整力为设计变量,天线反射面的表面均方根误差为目标函数,频率和应力为约束的优化数学模型,并用遗传算法进行了求解。数值结果表明,采用该方法在地面上对周边式桁架可展天线进行网面调整,能有效地消除地面重力的影响,较为准确地预测天线由于环境变化(由地面环境到太空环境)而引起的变形,使得最终调整获得的天线表面精度能够满足太空无重力环境下的精度要求,这种新方法对工程中天线的设计和网面调整具有指导作用。     

基于响应面法的V带轮多目标优化设计

在设计V带轮初始阶段引入结构轻量化思想,利用PTC Creo与ANSYS Workbench无缝连接技术建立V带轮的简化三维模型和有限元模型,对其进行静力强度分析和前6阶模态分析。首先运用拓扑优化方法对V带轮进行初步轻量化设计;然后根据拓扑结果对带轮结构优化并二次设计后,以V带轮质量、最大应力、最大变形以及前六阶固有频率为目标函数,对其进行多目标函数的响应面法优化;最终,在满足带轮强度、刚度的前提下,使V带轮质量减小了44.498%,并降低了带轮结构固有频率,避免共振。结果表明:运用响应面法联合拓扑优化方法对V带轮进行优化设计可行且有效,具有较强的工程实用性。     

工程结构优化的序列二次规划

用序列二次规划可以高效率地解决许多工程结构的优化问题。一类问题将原来的非线性规划用力学处理和Taylor展开化为一系列二次规划问题,在目标函数可分离的情况下,通过Kuhn-Tucker条件进一步化为以Lagrange乘子为变量的准无约束的二次规划;在目标函数不可分离情况下,则直接求解原变量的近似二次规划,经过序列迭代,可以求解工程结构的静、动力优化问题。另一类问题是将原问题化为正多项式的几何规划,再将其对偶问题化为二次规划,序列迭代求解之,可以求解目标函数、约束函数非线性程度高的工程问题,对按设计规范公式进行设计的一类问题尤为有效。     

桁架结构非概率可靠性形状优化设计

采用区间变量描述不确定参数,提出一种桁架结构非概率可靠性形状优化方法。建立了以截面尺寸和节点坐标为设计变量,以结构重量为目标函数,具有非概率可靠性指标约束的桁架结构形状优化数学模型。采用量纲归一化对截面尺寸和节点坐标进行了变量统一;运用均值点法对功能函数进行泰勒线性近似求解得到相应的非概率可靠性指标,并采用序列二次规划算法对优化模型进行求解。三个算例分析结果表明,算例均能快速稳定地收敛到最优解,结果符合工程结构设计经验,验证了本文所提方法的准确性和有效性。     

OPS算法优化效果影响因素分析

OPS算法中目标函数以及如何获取目标函数最优解是决定算法优劣的重要因素。对比分析了4种目标函数和10种求最优解方法在网格数、初始点位置、迭代次数以及需求精度等因素变化时对OPS算法优化效果的影响。结果表明,在顶点移动过程中目标函数f1和f4变化较为光滑。采用不同目标函数时,随着网格数的增加优化时间随之增加,但优化后最差单元质量并无此规律;随着需求精度的增加,网格中最差单元质量和优化时间都有所增加,迭代次数变化对于优化时间和优化效果的影响可以忽略不计。采用变尺度法求解目标函数下降方向以及二次插值法进行一维搜索的第6种方法,在耗费时间、优化效果以及收敛速度等方面都显示出了较好的优势。     

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。     

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。     

斜拉桥合理成桥状态确定的序列二次规划法

本文首先介绍斜拉桥合理成桥状态的概念和现有的斜拉桥索力优化方法。然后基于序列二次规划(SQP)算法,提出了一种用于确定斜拉桥成桥合理状态的实用方法,序列二次规划法。该方法通过建立斜拉桥索力优化的非线性规划模型,以斜拉桥主梁和索塔的弯曲应变能为目标函数,以各斜拉索的索力为设计变量,结构的应力和索力为约束条件,并计人大跨度斜拉桥各种几何非线性因素的影响,采用强次可行序列二次规划法进行优化求解,确定斜拉桥成桥合理状态的索力。运用该方法和空间非线性有限元分析程序分析了某斜拉桥的合理成桥状态,计算结果表明该方法简单、有效。     

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.     

星载张力索网天线结构混合变量的多目标优化

以纵向拉索调整力大小和可调整的纵向拉索数目为设计变量,可调整的纵向拉索数目最少和网状反射面的均方根误差最小为目标函数,应力和频率为约束条件,建立了大型空间网状可展开天线的形面调整的多目标优化数学模型,并用遗传算法进行了优化求解。优化结果表明:该方法在提高天线表面精度的同时,能有效地减少可调整的纵向拉索数目,降低了工程人员在网面调整中的繁杂劳动。并且,网面调整的总次数也远少于实际工程中的调整,对工程应用具有一定的指导意义。     

K-S函数集成局部性能约束的结构拓扑优化二阶逼近解法

应用K-S (Kreisselmeier–Steinhauser)函数,对结构拓扑优化问题中的局部性能如应力、疲劳寿命等进行集成然后求解。首先针对互逆规划的单目标多约束模型（称为s方模型）及多目标单约束模型（称为m方模型）,应用结构拓扑优化ICM方法,分别建立了基于K-S函数集成处理的优化模型,推导了集成化的约束（对s方模型）或目标（对m方模型）函数的一阶及二阶导数,采用序列二次规划模型对所建立的优化模型进行迭代求解,依据K-T条件给出了二次规划模型的迭代求解公式。然后基于K-S函数阐述了s方模型的集成迭代解法,亦即集成方法。最后,阐述了基于K-S函数的s方模型和m方模型交替融合的迭代解法,亦即集成-集成方法。结果表明集成-集成方法比单纯的集成方法收敛更快。     

基于多项式插值的太阳帆板展开最优控制

建立了航天器太阳帆板展开运动模型,运用高阶多项式插值方法逼近太阳帆板关节运动轨迹,将太阳帆板关节铰耗散能作为目标函数,将插值多项式的系数作为优化参数,采用序列二次规划法(SQP)优化求解了关节运动轨迹曲线。数值仿真结果表明:航天器本体和太阳帆板从初始位置到终端位置的过程中,能准确到达目标位形,轨迹平滑连续,没有迂回运动,保证了系统展开过程的平稳性;控制输入变化幅度较小,且始末时刻控制输入均为零,验证了本文方法的有效性。     

遗传算法在随机参数刚架结构概率优化设计中的应用

对随机参数刚架结构在随机荷载作用下基于概率的优化设计进行了研究。同时考虑结构的物理参数和作用荷载等的随机性；建立以杆截面积为设计变量、结构质量均值极小化为目标函数、具有刚度和强度可靠性约束的优化设计数学模型；通过可靠性约束等价显式化处理和引入罚函数，将原概率约束优化问题转化为无约束优化问题，利用遗传算法求解。算例表明：文中提出的模型和方法是合理有效的。     

基于二次型性能指标定轴转动板减振拓扑优化

研究在给定材料体积的条件下绕定轴旋转的平板结构的拓扑优化设计,以使受到冲击荷载后平板结构的振动最小,采用积分形式的二次型性能指标为目标函数,以单元人工密度为设计变量建立拓扑优化列式.假定板结构在面内以常速旋转并考虑小应变假设,采用多体动力学理论和有限元方法建立运动微分方程.使用李亚普洛夫第二方法将积分形式的二次型性能指...