热-应力耦合结构灵敏度分析方法

研究稳态／瞬态热传导灵敏度分析、以及热与机械荷载同时作用的热结构应力灵敏度分析问题。考虑了温度场随设计变量的变化及其对应力的影响,提出温度场与结构热应力耦合问题的灵敏度计算方法。特别指出了热－应力耦合灵敏度分析中温度场导数的影响, 说明了在热－应力耦合结构灵敏度分析中必须考虑耦合灵敏度。在应用软件系统JIFEX中实现了所提出的方法,数值算例验证了灵敏度算法的精度。     

基于线抽样的可靠性灵敏度分析方法

提出了一种基于线抽样的可靠性灵敏度分析方法.线抽样可靠性分析中,结构失效概率Pf是由每个抽样样本对应的失效概率Pfj的算术平均值来计算的,由此可知Pf对基本变量分布参数θ的灵敏度(э)Pf/(э)θ可以表示为Pfj对θ的偏导数(э)Pfj/(э)θ的算术平均值,而(э)Pfj/(э)θ则可以很容易地由Pfj与基本变量分布参数θ的解析关系求得. (э)Pfj/(э)θ和(э)Pf/(э)θ的计算公式被详细推导.可靠性灵敏度分析的线抽样方法继承了线抽样法的优点,诸如精度高,收敛快且适用于高维及多模式情况等.这些优点由算例证实.     

基于支持向量机回归的结构系统可靠性及灵敏度分析方法

提出了一种基于支持向量机回归近似极限状态方程的系统可靠性分析方法,所提方法首先由支持向量机拟合系统各失效模式的极限状态方程,将复杂或隐式极限状态方程近似等价为显式极限状态方程,然后根据系统各个失效模式的逻辑结构,由高精度的显式极限状态方程方法计算系统的失效概率和参数灵敏度.与线性展开和响应面法近似极限状态方程相比,文中方法由于采用了基于结构风险最小化原理的支持向量机回归,因而在拟合非线性极限状态方程上表现优越,计算精度高.与直接蒙特卡洛模拟相比,由于该方法采用较少的样本即可近似出概率等价的显式极限状态方程,因而计算效率大幅提高.工程实例表明:所提方法可以处理串联、并联和混合系统的可靠性与可靠性灵敏度分析,具有工程运用价值.     

热结构稳态响应的耦合灵敏度分析方法

研究结构稳态热变形和热应力的灵敏度分析方法,给出了直接法和伴随法两种算法。考虑了温度场的耦合作用,在直接法中需要计算温度场对设计变量的导数,在伴随法中需要计算热载荷对温度场的导数。对尺寸和形状两类设计变量的灵敏度分析算例,验证了本文方法的精度。伴随法在应用程序中的实现,为大型结构优化提供了高效率的灵敏度计算方法。     

参数灵敏度分析的神经网络方法及其工程应用

在系统分析中,参数灵敏度分析不仅为判断各系统参数的重要性大小提供了依据,量化的灵敏度指标也是后续参数估计的前提。然而,在多效实际系统中,系统参数与系统状态间的显式函数关系不易得到,导致一阶灵敏度指标无法直接求取。简化的单因素分析方法亦存在模型粗糙、精度不高的缺点。本文研究采用人工神经网络的高精度泛化映射,通过少量样本的训练,建立复杂系统中多个系统参数与系统状态间的近似映射关系,继而推导得到统一的灵敏度计算列式。简单结构的神经网络方法和解析方法的对比计算显示了方法的有效性和可靠性。最后,应用该法对某斜拉桥结构的荷载参数和刚度参数进行了考查,得到一般性结论。     

特征值问题的边界形状灵敏度

研究连续系统振动特征值问题的边界形状灵敏度满足什么方程和边界条件,如何离散化作近似计算结果表明：如果采用相同的有限单元剖分模式,边界形状灵敏度方程和特征值问题方程具有相同的系数矩阵,但前者是非齐次方程,后者是齐次方程;前者需要施加非齐次边界条件,后者施加齐次边界条件。     

热结构瞬态响应的耦合灵敏度分析方法与优化设计

研究结构瞬态热变形和热应力的灵敏度分析方法及其优化设计,灵敏度计算给出了直接法和伴随法两种算法.考虑了温度场的耦合作用,在直接法中需要计算温度场对设计变量的导数,在伴随法中需要计算热载荷对温度场的导数.数值算例验证了该方法的精度.伴随法在应用程序中的实现,为大型结构优化提供了高效率的灵敏度计算方法.     

基于坐标映射的类周期电磁金属阵列布局设计的灵敏度分析方法

特定性能的类周期电磁金属阵列已成功应用于多种类型的电磁器件中,以实现其电磁辐射或散射性能的提升设计.类周期电磁金属阵列可描述为由多个相似形状的电磁金属单元按照特定的布局形式组合形成.布局形式由阵列的布局参数确定,通常包括每个单元的尺寸、转角以及位置参数.布局参数往往规模较大且相互独立,需要经过设计优化以满足阵列的性能要...     

Analytic Sensitivity Analysis for Shape Optimization

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＳｈａｐｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｆｏｒｅｌａｓｔｏｍｅｒｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｍｅａｓｕｒｅｔｏｒｅｌｉｅｖｅｓｔｒｅｓｓｃｏｎｔｒｉｔｉｏｎ ,ｐｒｅｖｅｎｔｂｒｅａｋｉｎｇ ,ｉｍｐｒｏｖｅｌｏａｄ＿ｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ .Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ,ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｏｐｔｉｍａｌａｌｇｏｒｉｔｈｍａｒｅｔｈｒｅｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｌｉｎｋｓｏｆｓｈａｐｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ .Ｉｎｔｈｅｃｏｕｒｓ…     

多体系统动力学动态最优化设计与灵敏度分析

基于多体系统的动态最优化设计过程包括传统的多体系统仿真分析、系统设计灵敏度分析、 系统最优化设计等过程, 针对多体系统运动学、用二阶常微分方程和微分代数方程描述 的动力学,基于含设计参数的通用数学模型及通用的积分型目标函数,采用高效的系统灵 敏度分析伴随变量方法及易于实施的惩罚函数最优设计方法,建立了多体系统最优设计数学 模型和算法. 通过双摆系统、曲柄-滑块系统、弹簧/阻尼器-滑块系统3个算例对上述 算法的有效性进行了验证.     

注塑模充模过程动态分析

注塑成型是利用型腔模制造理想制品主要的成型加工方式 ,塑料熔体的流动行为将直接影响着最终塑件的质量 ,塑料熔体在三维薄壁型腔内的流动属于带有运动边界的粘性不可压缩流体的流动 ,本文针对塑料注塑成型特点 ,经过量纲分析和引入合理而必要的假设 ,得到了适合于充模分析的数学模型。控制方程的求解主要包括三个阶段 :压力场、温度场和流动前沿位置的确定。数值求解采用有限元法求解压力场、有限差分法求解温度场、并利用控制体积法跟踪熔体前沿 ,实现了充模过程的动态模拟     

结构可靠度优化的敏感性分析

研究了设计变量的随机特性,通过可靠度对随机变量的敏感性分析,导出系统可靠指标与设计随机变量参数之间的近似关系式,构造出近似的系统可靠度约束函数和相应的优化模型,给出其优化求解的过程,并给出算例以说明其实用性。     

一般实矩阵特征值问题的多维灵敏度分析

应用Kronecker代数和矩阵微分理论系统发展了一般实矩阵特征值问题的矩阵灵敏度分析方法，结构系统特征值和特征向量的导数很方便地排列成二维矩阵，所得的结果很容易形成计算机程序。     

惯性平台台体结构实验模态参数识别及灵敏度分析

惯性平台台体的动态特性直接决定着惯性仪表的工作精度和可靠性，模态分析是研究机械系统动态特性的主要方法之一。在概述了实验模态分析理论的基础上，建立了某型号平台台体结构的实验模型，对其进行了实验模态分析。通过对实验结果与有限元计算结果比较，验证了有限元结果较为准确；同时针对结构存在的问题，通过灵敏度分析对结构的动力修改提出了改进意见。     

Tyre Wear Model: Validation and Sensitivity Analysis

Due to their many economic and ecological implications the possibility to predict tyre wear is of major importance to tyre manufacturers, fleet owners and governments. Based on these observations, in 2000 a three-year project named Tyre and Road Wear and Slip assessment (TROWS) was started. One of the TROWS objectives was to provide a tool able to numerically predict tyre global wear as well as to qualitatively determine the wear distribution. The proposed methodology combines a mathematical model of the tyre with an experimentally determined local friction and wear law. Thus, tyre abrasion due to each single manoeuvre can be determined. Full-scale experimental tests were carried out with two Peugeot 406 cars on a public road course in Italy. Each car was equipped with a different set of tyres: one car was equipped with four all-season tyres (from now on called A tyres) and the other car was equipped with four winter tyres (from now on called B tyres). Both sets of tyres had a 195/65 R15 size. The collected data was used to validate the model. The methodology proved to give qualitatively good tyre wear predictions.     

广义变分原理的结构形状优化伴随法灵敏度分析

提出了一种利用伴随变量进行结构形状优化灵敏度分析的新方法. 基于广义变分原理， 考虑了形状优化中位移边界条件的变化对结构响应的影响. 新方法弥补了Arora 等人所提出的形状优化灵敏度分析变分原理中的缺陷，为采用伴随法进行灵敏度分析提供了 新的框架.     

Continuum-Based Shape Sensitivity Analysis for 2D Coupled Atomistic/Continuum Simulations Using Bridging Scale Decomposition

In this paper, we propose the first attempt to perform shape sensitivity analysis for two-dimensional coupled atomistic and continuum problems using bridging scale decomposition. Based on a continuum variational formulation of the bridging scale, the sensitivity expressions are derived in a continuum setting using both direct differentiation method and adjoint variable method. To overcome the issue of discontinuity in shape design due to the discrete nature of the molecular dynamics (MD) simulation, we define design velocity fields in a way that the shape of the MD region does not change. Another major challenge is that the discrete finite element (FE) mass matrix in bridging scale is not continuous with respect to shape design variables. To address this issue, we assume an evenly distributed mass density when evaluating the material derivative of the FE mass matrix. In order to support accuracy verification of sensitivity results using overall finite difference method, we use regular-shaped finite elements and only allow shape change in one direction in our example problems, so that design perturbations can be made to the discrete FE mass matrix. However, the sensitivity formulation is sufficiently general to support irregular-shaped finite elements and arbitrary design velocity fields. The sensitivity analysis results, verified using overall finite difference method, reveal the impact of macroscopic shape design changes on microscopic atomistic responses.     

基于响应面方法的桁架截面敏度分析和优化

把响应面方法引入桁架截面优化中,将应力和位移约束近似表达为桁架截面倒变量的线性函数。为拟合响应面,基于中心复合和单纯形试验设计方法开发了中心对称和拟单纯形试验设计两种方法,既可保证约束近似精度,又降低了结构分析计算量。对于桁架结构重量目标函数,直接推出倒变量的二阶形式,以桁架重量最小为目标的优化问题构造为标准的二次规划模型。将响应面方法计算的位移对设计变量的敏度与莫尔积分方法的近似显式进行了对比。以MSC.Patran为平台的数值算例表明:结合响应面方法,应用序列二次规划对问题进行寻优,其收敛精度及稳定性都可获得保障。