两工况作用下杆系结构拓扑优化设计

本文提出了一种有效的两工况作用下的杆系结构拓扑优化设计方法。它在以下三个方面克服了当前拓扑优化领域内线性规划类方法所面临的主要困难,首先,从结构力学的基本方程出发,引入内力设计变量,既克服了已有方法要求预定位移场这一主要困难,又为在拓扑优化过程中考虑应力、位移等性态约束创造了有利条件;其次,现有方法均无法解决多工况问题,本方法虽未推广到多工况,但可解决两工况问题;再者,现有方法在拓扑优化过程中无法计及应力、位移等性态约束,本方法巧妙地解决了这一问题。最后给出的几个工程优化算例,表明该方法具有理论基础牢固,计算工作量小,程序易于实现等明显优点。     

基于极大熵思想的杆系结构拓扑优化设计研究

基于极大熵原理，提出了一种新的杆系结构拓扑优化方法。通过引入应变能密度函数，将极大熵与拓扑优化建立了内在联系，从而将拓扑优化问题转化为寻求最佳应变能分布的问题。最后给出了几个典型算例，结果表明，结构的刚、强度可靠性随信息熵的增加而呈上升趋势。     

空间杆系结构优化设计的修正 Goldfarb法

提出了一种用于空间杆系结构优化的快捷、有效的算法．该算法吸取文[１］的松弛方法通过对Ｇｏｌｄ－ｆａｒｂ提出的共轭梯度投影算法进行修正和完善，扩大了其应用范围和应用效率．通过对结构优化算例的计算，证明了这种修正 Ｇｏｌｄｆａｒｂ方法的有效性．     

薄壁杆系结构的梁元分析模型

本文导出了用于薄壁杆系结构弹性分析的薄壁梁元分析模型，在空间梁元分析模型^[3]的基础上，采用了一种改进的位移模式，考察了薄壁杆件可能发生的拉压，剪切，弯曲，扭转和翘曲等各变形形式以及它们的耦合效应，得出了相应的单元形函数，同时从工程应变的定义出发，采用Taylor级数展开的方法，建立了单元的五阶近似正交变表达式，并建立了相应的薄壁单元刚度方程，从而得出了局部坐标系下单元刚度矩阵的显式，根据本文所导出的薄壁梁元分析模型，编制了相应的结构计算程序，通过算例验证了本文所推导的单元刚度矩阵，同时通过与传统空间梁元计算模型计算结果的比较，阐述了截面翘曲对薄壁杆系结构的影响。     

刚接与铰接混合连接杆系结构的几何非线性分析

本文提出用子结构原理解决具有刚接与铰接混合连接空间杆系结构的几何非线性分析,实现其非线性稳定性分析的载荷-位移全过程跟踪。该法无须单独推导刚接、铰接以及一端刚接一端铰接单元的弹性刚度矩阵和几何刚度矩阵,而可以直接由空间梁单元退化得到,而且可以将平面问题与空间问题、刚接与铰接混合连接体系进行统一处理,算例表明,本文方法对于杆系结构的统一和整体分析是有效的。     

平面杆系结构非线性稳定的样条有限元分析法

本文根据ＵＴＬ坐标列式，采用混合样条插值函数，基于虚功原理了平面杆系结构非线性稳定的样条有限元分析法。本文方法可以考虑杆件中初始挠度和初始应力的，可以计入材料的弹塑性加载卸载效应。算例表明，本文计算结果具有较高的精度。     

多工况下杆系结构拓扑型优化设计

给出了一种用于杆系结构的拓扑型结构综合算法. 该算法由拓扑级和形状级两部分组成,并用修正Goldfarb法进行求解. 本文提出的修正Goldfarb法是根据杆系结构特点吸取文[1]的松弛方法在共轭梯度法基础上给出的,通过对结构优化算例的计算,说明该方法效果较好.     

杆系结构的几何非线性分析：Ⅱ.三维问题

以三维连续体的虚功增量方程为基础，采用平动、转角位分别插值的方法，导出了空间Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁大位移、大转动问题内分力分析的ＵＬ法（ＵｐｄａｔｄｅＬａｇｒａｎｇｉａｎＦｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ）。本文考虑了轴向，剪切、弯曲和扭转效应，提出了新的几何刚度矩阵，并建立了描述大转动规律的坐标转换矩阵。算例表明，依本方方法编制的程序具有分析结果强几何非线性行为的能力；在满足本文假定的条件下，可以描述任意大     

予应力钢桁架刚度反演分析的摄动迭代法

基于文（１）所建立的拉索式予应力钢桁架基本计算,根据矩阵摄动原理进一步给出了以竖向为位移为约束反演确定任意布索张拉予应力钢桁架单元刚度和的索刚度的摄动迭代公式。算例表明,该方法具有较高的精度,可满足工程设计需要。     

可展桁架运动过程动力学模拟

针对可展桁架运动过程分析的算法已经被提出。本文在已有算法的基础上,着重对违约的修正、约束雅可比矩阵的生成、雅可比矩阵的Moore-Penrose广义逆计算进行推导和修正,进一步完善用广义逆方法求解可展桁架运动过程的动力学仿真算法。算例说明了算法的有效性。     

静电陀螺转子位移测量电路的研究

—静电陀螺转子位移测量电路是静电陀螺支承系统的重要部件。它直接影响转子在电极球腔中的失中度，从而导致陀螺漂移。因此在温度变化及电磁干扰情况下，必须提高测量电路的分辨率和零位稳定性。本文在理论分析和实验研究的基础上，提出参数优化设计方法和模块化结构设计。实验结果表明所研制的电路性能良好，工作稳定度达到了高精度静电陀螺仪的要求。     

平台框架设计中刚度的软件计算

以卡氏定理为理论基础,对平台框架类型及其截面形状用matlab进行了软件编写工作.通过平台框架设计的参数化、模块化,实现了框架刚度的最优化设计.应用该软件对某型号产品的平台框架类型和截面形状进行了优选搭配,找出了符合整体设计要求的最优化的搭配组合;另外,该软件还可以给出不同参数对刚度和自振频率的影响结果,实现了设计中的特征尺寸、关键尺寸的优化设计.该软件的应用及其结果表明:该软件实现了平台框架设计的参数化、模块化;能够对设计起到优化的作用;并可以一定程度上缩短设计周期.     

杆系结构几何优化中的广义变量近似方法

提出一种杆系结构几何优化的广义中间变量近似方法。首先引入一套广义中间变量，包括各杆件局部柔度特性、方向余弦及内力与位移关系矩阵各元素，结构响应与这些广义中间变量的关系比与设计变量本身（即节点坐标和截面积）成更好的线性关系。因此，以广义中间变量做一阶泰勒展开近似位移和内力。应力约束和屈曲约束由近似内力计算。近似问题由优化器在设计变量空间内求解。最后给出了几个算例，结果表明了本文的方法是十分有效的。     

应用于非凸设计区域桁架拓扑优化的一种基结构生成方法

为了提高桁架拓扑优化设计中非凸区域生成基结构的效率和准确性,介绍了一种基于几何和网格信息生成初始基结构的方法。通过直接将已有几何边界作为碰撞检测的标准,避免对原有边界扩展或构建限制区域,简化了基结构生成过程并可以避免杆件识别不准确的问题;通过减少需要与凹边界碰撞检测的杆件个数来提升整体基结构的生成效率;最后,针对已生成的基结构进行基于塑性准则的桁架拓扑优化。     

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。     

Optimal design of trusses for alternative loads

Summary The paper treats optimal design of a plane elastic truss (Fig. 1) subject to two alternative loads L and L, when an upper bound is given for the absolute value of the stress in any bar. While the load L is fixed, the load L is varied subject to the restriction to nonnegative values of P and Q (Fig. 1). The possibility that the optimal truss, that is the truss with the smallest total volume of bars, is statically determinate is not excluded. Statically indeterminate trusses, and particularly fully stressed trusses of this kind are found to play a less important role than has generally been believed.

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Übersicht Es wird der optimale Entwurf von ebenen elastischen Fachwerken nach Abb. 1 behandelt. Das Fachwerk wird durch zwei alternativ wirkende Belastungen L und L beansprucht und es wird angenommen, daß eine obere Grenze für den Absolutwert der Spannung für jeden der Stäbe vorhanden ist. Bei fest vorgegebener Last L wird L so verändert, daß die Komponenten P und Q nicht negativ werden. Als optimales Fachwerk wird ein solches mit kleinstem Gesamtvolumen der Stäbe definiert; es kann statisch bestimmt sein. Es wird gezeigt, daß statisch unbestimmte sowie voll ausgelastete Fachwerke eine weniger bedeutende Rolle spielen, als allgemein angenommen wird.

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Dedicated to Professor Udo Wegner on his 70th birthday.     

多变量单元结构共振解耦动力优化设计方法

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。