基于运动约束解过约束并联机构变形协调方程

提出利用运动约束关系来间接求解过约束并联机构变形协调方程．首先介绍了该方法的原理,接着分别针对平面和空间过约束并联机构,详述该方法的解决步骤,结果验证了该方法的正确性,从中还可看出该方法在求解复杂过约束并联机构时非常简洁,最后介绍了采用该方法解决多度过约束问题．     

约束最优控制理论及其在气动优化中的应用

为了隐式地和自动地处理气动优化中的约束条件,在Jameson的无约束控制论气动优化设计理论基础上发展了有约束的最优控制理论,建立了约束伴随方程方法,并将其成功地应用到了约束气动优化设计中.比较约束伴随方法和Jameson的原始方法,约束优化问题仅仅只需要修改最终伴随方程的物面边界条件和梯度的计算公式而其它项与Jameson原始方法中的完全相同.这表明了基于控制理论的优化方法不仅适用于含有大量设计变量的优化问题,而且也可以很方便地处理约束优化问题.     

多相材料结构拓扑优化: 体积约束还是质量约束?

针对拓扑优化设计中多年沿用的体积约束作为控制材料用量的思路, 研究了采用质量约束开展多相材料结构拓扑优化的新方法, 提出了相应的质量约束结构优化问题模型和材料插值模型. 通过研究广义SIMP模型和对等混合模型两类多相材料属性插值方法, 发现广义SIMP插值模型导致质量约束具有复杂的非线性特征, 给优化问题的全局寻优和数值求解带来困难;采用的线性对等混合材料插值策略保证质量约束函数具有线性和变量可分离特征, 为拓扑设计问题的数值求解, 特别是凸规划寻优提供了极大便利. 算例表明多相材料插值策略和结构优化模型的正确性和有效性; 优化设计结果的比较说明了使用质量约束相对于体积约束的合理性和必要性, 阐述了质量约束在解决结构轻量化布局设计问题的有效性以及所带来的显著收益.      

稠油松散岩心相对渗透率曲线的最优化算法

针对稠油松散岩心的相对渗透率曲线计算问题，根据渗流力学及最优化理论，给出了描述岩心内部油、水两相渗流的简化方程，并利用约束变尺度法求解最优化问题，基本解决了岩心堵塞以及结果对初值的敏感性问题。通过实例计算，说明了本方法的可靠性和可行性。     

具有系统稳定约束的结构优化设计

本文以重量为目标函数、构件截面尺寸为变量,结合最严约束法,研究桁架结构多约束优化设计问题中系统稳定约束的临界力的敏度、可行性调整方法及最优性准则中的常系数取值问题。在计算机上编制了程序,计算了文献考题及工程实例。     

解决约束违背问题的一种自适应调整方法

带约束的优化问题的目的是要找到满足等式或者不等式约束的最优点。在某些情况下,优化求解得到的"最优点"可能会使得某个或某几个约束条件超出目标约束限,或者在所有约束条件中的最大值远远小于目标约束限。针对这一类问题,本文提出一种在寻优过程的每一次迭代中自适应调整约束限的方法,通过动态调整迭代过程中迭代模型约束限的值,将约束条件中最大值的约束条件变为等式约束,使得迭代解始终在可行域范围内,且收敛后的最优解不违背任何约束条件。本文将该方法成功应用于位移约束下结构重量最小化拓扑优化模型,原来不满足约束条件的情况在使用该方法后都能使约束得到满足,解决了约束条件被违背的问题。     

约束问题有限元分析的广义位移方法

本文是我们关于约束问题有限元分析的广义位移方法的一个概括介绍。此方法将线性齐次等式约束作为正交化条件,在整个问题的节点位移空间中找出一个满足约束的位移子空间,节点位移空间中的约束变分问题转化为位移子空间中的一个无约束问题。此途径已成功地应用于分析不可压缩问题和在利用三维退化板壳元进行薄板薄壳结构分析时克服剪切自锁现象。     

面向应力约束的独立连续映射方法

大多数已有的拓扑优化研究为系统刚度最大化设计,尤其以体积比约束下的静态柔顺度最小化问题为典型.从工程角度出发,结构强度设计至关重要.以往的应力研究表明,应力约束拓扑优化存在着奇异性、约束数目庞大、高度非线性特性等诸多数值困难.为了实现应力约束下的拓扑优化设计,采用归一化p范数应力指标以减少单元应力约束数目.遵循独立连续映射建模方式,引入密度变量的倒变量函数作为设计变量.推导了应力约束函数和体积目标函数对设计变量的敏度,并基于一阶和二阶泰勒近似得到各自的显式表达式.通过构造的系列二次规划子问题,原拓扑优化问题采用序列二次规划算法高效求解.二维数值算例考察了结构刚度和强度设计结果的异同,以及不同应力约束上限值对应力约束拓扑优化结果的影响.通过提出方法与传统变密度法结果的比较,说明提出的独立连续映射方法在应力约束下具有可行性和有效性.优化结果也表明了考虑应力约束的连续体拓扑优化具有必要性.      

板壳结构的应力约束拓扑优化设计

应用ICM 方法求解应力约束板壳结构拓扑优化问题,建立了寻求应力约束下结构重量极小化,每个设计变量控制多个单元的板壳结构拓扑优化近似显式的ICM 模型. 依据畸变能理论,将应力约束转化为畸变能约束,减少了约束数目. 采用精确对偶映射下的序列二次规划算法进行求解. 以MSC.Patran 及MSC.Nastran 软件作为二次开发平台,应用PCL 语言实现本文算法. 算例对于设计变量数等于单元数时的情况进行了计算,表明该方法有效可行.     

频率约束板结构拓扑优化

论文利用ICM(独立、连续、映射)方法建立了频率约束下平板结构重量最轻的拓扑优化模型.采用指数函数作为单元重量、单元质量阵及单元刚度阵的过滤函数.通过瑞利商对刚度过滤函数倒变量的泰勒一阶展式,将频率约束近似显式化.利用对偶理论将含有大量设计变量的约束优化模型转化为易于求解的少设计变量拟无约束优化模型,通过序列二次规划将转化模型进行求解,提高了求解的效率.论文选择MSC.Patran&Nastran软件及PCL二次开发语言构架了平板结构频率约束拓扑优化问题的软件.数值算例表明:论文的方法具有迭代稳定性和收敛高效性.     

可折叠航天结构展开动力学分析

以欧拉参数为广义坐标（准坐标）,相对角速度和相对移动速度为广义速率,采用Ｋａｎｅ方程的Ｈｕｓｔｏｎ形式建立多体系统的运动力学方程。由伪上三角分解求约束Ｊａｃｏｂｉ矩阵的正交补阵,约简约束力,从而将运动方程由微分几何方程（ＤＡＥ）变为常微分方程（ＯＤＥ）,并由Ｇｅａｒ法对ＯＤＥ积分求出运动历程。最后给出一伸展臂数值分析算例。     

求解线性方程组的一种新方法

将线性方程组的一般系数矩阵转化为对称正定矩阵，从而把原线性方程组的求解问题转化为一个等价变分问题的极少值点寻优问题，借助对分寻优法进行求解。算例结果表明，本文方法不仅对于良态线性方程组的求解问题是有效的，而且对于病态线性方程组的求解问题同样是有效的。     

Equivalence of Dynamics for Nonholonomic Systems with Transverse Constraints

This paper is concerned with the dynamics of a mechanical system subject to nonintegrable constraints. In the first part, we prove the equivalence between the classical nonholonomic equations and those derived from the nonholonomic variational formulation, proposed by Kozlov in [10–12], for a class of constrained systems with constraints transverse to a foliation. This result extends the equivalence between the two formulations, proved for holonomic constraints, to a class of linear nonintegrable ones. In the second part, we derive the nonholonomic variational reduced equations for a constrained system with symmetry and constraint transverse to a principal bundle fibration, using a reduction procedure similar to the one developed in [5]. The resulting equations are compared with the nonholonomic reduced ones through mechanical examples.     

求解周期性三对角方程组的广义Thomas算法

给出了求解周期性三对角线性方程组的一种新方法。该方法能够快速、稳定地求解周期性三对角线性方程组。与传统方法相比，求解一个N阶周期性三对角方程时，本文的方法可减少N次计算。本文还证明了，传统用于求解三对角线性方程组的Thomas方法(追赶法)是本文方法的一种特例，本文的方法自然地可用于求解三对角线性方程组。     

Kronecker product and a new matrix form of Lagrangian equations with multipliers for constrained multibody systems

The automatic derivation of motion equations is an important problem of multibody system dynamics. Firstly, an overview of the matrix calculus related to Kronecker product of two matrices is presented. A new matrix form of Lagrangian equations with multipliers for constrained multibody systems is then developed to demonstrate the usefulness of Kronecker product of two matrices in the study of dynamics of multibody systems. Finally, the equations of motion of mechanisms are derived using the proposed matrix form of Lagrangian equations as application examples.     

Equations of motion for mechanical systems: A unified approach

This paper presents a unified framework from which emerge the Lagrange equations, the Gibbs-Appell Equations and the Generalized Inverse Equations for describing the motion of constrained mechanical systems. The unified approach extends the applicability of the first two approaches to systems where the constraints are non-linear functions of the generalized velocities and are not necessarily independent. Furthermore, the approach leads to the Explicit Gibbs-Appell Equations.     

带约束平面多刚体系统动力学方程的隐式算法

在多体系统动力学正则方程的基础上建立了平面多体系统正则方程的隐式数值算法。利用平面运动的特性，对正则方程进行了简化，导出了该方程的Ｊａｃｏｂｉ矩阵的一般表达式，给出了Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔａ多体系统动力学方程隐式数值计算方法。算例表明，该方法是一种计算速度和精度均理想的数值方法。     

树形带球铰的多刚体系统动力学方程的建立方法

本文提出了一种建立树形带球铰多刚体系统动力学方程的新方法,运用约束系统动力学研究成果,提出了广义刚体的概念以代替多刚体系统的子系统,并借助于广义刚体的不断扩充,求得了多刚体系统动力学方程建立的递推方法,该方法简单直观,几何概念清楚,并允许多刚体系统的扩充,且便于进行计算机符号处理。     

空间展开折叠桁架结构动力学分析研究

本文以笛卡尔坐标系下节点自然坐标为未知量,建立了桁架结构系的基本运动力学方程,并首次推导出桁架结构中常用节点附加几何约束方程,相应约束Jacobi矩阵及其导数矩阵,采用奇异值分解法求约束Jacobi矩阵的零空间基和M-P广义逆,并由矩阵缩减法建立了带约束桁架体系的运动力学方程和求解方法。数值算例表明该方法适于可展折叠桁架结构运动力学分析。     

Computations using the preconditioning BI-CGSTAB algorithm in chemical non-equilibrium problems

A robust method for solving the chemical non-equilibrium Navier–Stokes equations, including all of the species conservation and energy production equations, is developed. The algorithm is embodied in a fully coupled, implicit, large block structure. Van Leer flux splitting for inviscid terms and central differencing for viscous terms in the explicit operators are applied in the numerical algorithm. The fully-coupled system is solved implicitly and the bi-conjugate gradient stable (Bi-CGSTAB) method with a preconditioner of incomplete lower–upper (LU)-factorization (ILU) is used for solving large block structure and diagonal dominate matrix equations. The computations are performed for the hypersonic inflow over blunt bodies including half cylinder, double ellipse and blunt nose. The adaptive grid constructed by moving grid method is employed to capture the shock location. Computational results in the present study are compared with other calculated data and exhibit good agreement. Convergence histories of the mean flow variables and species equations demonstrate that the fast convergent rate can be achieved by the preconditioned Bi-CGSTAB method. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.