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基于概率的工程结构动力特性优化设计 总被引:6,自引:0,他引:6
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。 相似文献
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具有频率和振型概率约束的工程结构动力优化设计 总被引:10,自引:2,他引:8
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。 相似文献
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结构在服役期间经常受到风、地震或车载等激振作用,优化调整结构设计参数来设计结构动力特性以使其避开外部激励对应的卓越频率或高能频带,是提升结构安全性的有效手段。本文针对尺寸约束、频率禁区约束和结构重量最小化的结构动力学优化设计问题,基于Kuhn-Tucker条件和频率对变量的灵敏度,采用泰勒二级展开式推导并建立了结构频率对变量的二阶灵敏度单因子迭代计算方法,利用MATLAB平台编制了计算程序。算例表明比一阶灵敏度算法计算效率高、收敛稳定性强,且修正因子在优化全过程中无需调整,操作更为便利,并给出了单因子的合理取值区间。发现并初步论证了在设计变量未全部到达约束上下界时,“重量不再降低”只能作为最优的必要条件,“高阶频率收敛于频率禁区上限” 则应是充要条件,更适合作为收敛判据,其可有力甄别“伪最优”状况。基于数据表征,初步揭示了优化变量的修改主要受频率梯度主导,并发现频率梯度值大小与变量修正幅度大体成反比的变化规律。本研究对结构的抗风、抗震和在役结构的动力加固改造设计均具有重要的理论指导价值和现实意义。 相似文献
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针对频率约束和结构重量最小的动力拓扑优化问题, 基于(independent continuous mapping, ICM)独立、连续、映射方法,建立了频率约束下的三维连续体拓扑优化模型. 利用瑞利商和一阶泰勒展式对频率约束进行了显式化处理,并采用幂函数与复合指数函数作为过滤函数,将优化模型进行了标准化转换, 利用对偶理论及数学规划法进行了求解. 另外,利用质量矩阵和刚度矩阵过滤函数比值与动态约束处理了局部模态和模态交换等数值问题. 最后,通过应用两类不同过滤函数的数值算例表明了文中模型及方法在处理动力拓扑优化问题上的合理性与有效性. 相似文献
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结构拓扑优化ICM方法的改善 总被引:36,自引:1,他引:35
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. 相似文献
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针对截面多变量单元结构的动力优化问题,建立了带频率约束的结构动力优化设计模型,对隐式非线性频率约束函数进行Taylor近似展开,给出了截面多变量单元频率梯度函数显式表达式,基于Kuhn-Tucker条件构建迭代算法,其中拉格朗日乘子通过建立联合方程组求解,形成了含多变量单元共振解耦优化设计方法。以矩形截面单元结构为算例的结果表明,所给单元多变量算法具有良好的准确性;截面变量对频率的贡献存在主次之分,区分指标可采用梯度值;次要变量的修正因子迭代中可采用定值,且其下限应尽可能降低,利于节约成本。本文工作对多变量复杂截面结构动力优化设计可提供理论指导,提高结构动力优化方法的适用性。 相似文献
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结构动力特性决定结构在动力荷载作用下的动力响应,对结构的动力破坏与安全具有重要意义.精确测试结构动力特性参数是其研究的一个重要方面.采用基础激励的方法测试结构动力特性是一种行之有效的方法.通过实验的方法研究了基础激励测试结构动力特性的精度.实验结果表明,结构动力特性参数在实验范围内不受激励幅值大小的影响;基础激励频段范围对结构的振型影响不大,但对频率与阻尼比的影响很大;只要基础激励的频段包含所要测试的结构固有频率,就能精确测试出结构此阶的频率与阻尼比;如基础激励频段不包含所要测试的结构固有频率,则不能精确测试出结构此阶的频率与阻尼比.因此在使用基础激励方法测试结构动力特性时,应使基础激励的频段包含所要测试的结构固有频率. 相似文献
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Pan Jin Wang De-yu 《Acta Mechanica Solida Sinica》2006,19(3):231-240
In this paper, adaptive genetic algorithm (AGA) is applied to topology optimization of truss structure with frequency domain excitations. The optimization constraints include fundamental frequency, displacement responses under force excitations and acceleration responses under foundation acceleration excitations. The roulette wheel selection operator, adaptive crossover and mutation operators are used as genetic operators. Some heuristic strategies are put forward to direct the deletion of the extra bars and nodes on truss structures. Three examples demonstrate that the proposed method can yield the optimum structure form and the lightest weight of the given ground structure while satisfying dynamic response constraints. 相似文献
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APPROACH FOR LAYOUT OPTIMIZATION OF TRUSS STRUCTURES WITH DISCRETE VARIABLES UNDER DYNAMIC STRESS, DISPLACEMENT AND STABILITY CONSTRAINTS 总被引:1,自引:0,他引:1
A mathematical model was developed for layout optimization of truss structures with discrete variables subjected to dynamic stress, dynamic displacement and dynamic stability constraints. By using the quasi-static method, the mathematical model of structure optimization under dynamic stress, dynamic displacement and dynamic stability constraints were transformed into one subjected to static stress, displacement and stability constraints. The optimization procedures include two levels, i.e., the topology optimization and the shape optimization. In each level, the comprehensive algorithm was used and the relative difference quotients of two kinds of variables were used to search the optimum solution. A comparison between the optimum results of model with stability constraints and the optimum results of model without stability constraint was given. And that shows the stability constraints have a great effect on the optimum solutions. 相似文献
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