Algorithm Research Based on the PDE Sensitivity Filter北大核心CSCD

采用PDE灵敏度滤波器可以消除连续体结构拓扑优化结果存在的棋盘格现象、数值不稳定等问题,且PDE灵敏度滤波器的实质是具有Neumann边界条件的Helmholtz偏微分方程.针对大规模PDE灵敏度滤波器的求解问题,有限元分析得到其代数方程,分别采用共轭梯度算法、多重网格算法和多重网格预处理共轭梯度算法对代数方程进行求解,并且研究精度、过滤半径以及网格数量对拓扑优化效率的影响.结果表明：与共轭梯度算法和多重网格算法相比,多重网格预处理共轭梯度算法迭代次数最少,运行时间最短,极大地提高了拓扑优化效率.     

油田注水系统拓扑布局优化的混合遗传算法

以投资最小为目标函数,建立了注水系统拓扑布局优化数学模型.根据模型特点,将优化问题分为两层,分别采用遗传算法和非线性优化方法进行求解.并对遗传算法的操作过程进行了改进,调整了适应函数,改进了交叉和变异操作,结合了模拟退火算法,在操作过程中使约束条件得到满足,减少了不可行解的产生,使遗传算法的优化性能得到了提高.优化算例说明了该方法的有效性.     

基于变体积约束的阻尼材料微结构拓扑优化研究北大核心CSCD

阻尼复合结构的抑振性能取决于材料布局和阻尼材料特性.该文提出了一种变体积约束的阻尼材料微结构拓扑优化方法,旨在以最小的材料用量获得具有期望性能的阻尼材料微结构.基于均匀化方法,建立阻尼材料三维微结构有限元模型,得到阻尼材料的等效弹性矩阵.逆用Hashin-Shtrikman界限理论,估计对应于期望等效模量的阻尼材料体积分数限,并构建阻尼材料体积约束限的移动准则.将获得阻尼材料微结构期望性能的优化问题转化为体积约束下最大化等效模量的优化问题,建立阻尼材料微结构的拓扑优化模型.利用优化准则法更新设计变量,实现最小材料用量下的阻尼材料微结构最优拓扑设计.通过典型数值算例验证了该方法的可行性和有效性,并讨论了初始微构型、网格依赖性和弹性模量等对阻尼材料微结构的影响.     

基于参数化水平集法的材料非线性子结构拓扑优化

针对利用传统水平集法进行非线性结构拓扑优化计算过程复杂及计算效率低等问题,将参数化水平集方法引入材料非线性结构拓扑优化中。通过全局径向基函数插值初始水平集函数,建立了以插值系数为设计变量、结构的应变能最小为目标函数、材料用量为约束条件的材料非线性结构拓扑优化模型,利用有限元分析对材料非线性结构建立平衡方程,并用迭代法求解。同时,采用子结构法划分设计区域为若干个子区域,将全自由度平衡方程的求解分解为缩减的平衡方程和多个子结构内部位移的求解,减小了计算成本。算例表明,这种处理非线性关系的方法可以在保证数值稳定的同时提高计算效率,得到边界清晰、结构合理的拓扑优化构形。     

周期性复合材料构型及结构一体化优化

在传统双向渐进结构优化(BESO)方法基础上,充分考虑微观尺度和宏观尺度之间的相互耦合作用,通过等效弹性模量和灵敏度分析将复合材料微结构胞元设计和宏观结构拓扑优化相结合,建立周期性复合材料构型及结构一体化优化设计方法.为了消除“灰色区域”,假设了材料微结构0 1属性及在宏观结构空间排列的均一性,提高了优化结果的实际工程适用性.相关算例说明该方法可以有效地在宏观结构优化的同时得到与之相对应的材料微观最佳拓扑形状,也为不同给定宏观结构的微观周期性复合材料设计提供了有效手段.     

区间数的多目标格序决策方法改进研究

格序决策方法在对区间数进行优劣排序方面尚有改进完善的余地,通过研究发现,改进后的格序决策方法在不可比较区间数的优劣排序上不必求出拟上、下确界,也没必要绘制偏好结构图和海赛图来进行整个过程的优劣程度排序.通过算例比较验证了改进后的方法更加简洁有效,更加有利于提高决策的效率.     

考虑损伤效应的正交各向异性板的弹塑性后屈曲分析

基于弹塑性力学和损伤理论,建立了一个与应力球张量有关的正交各向异性材料的混合硬化屈服准则,该准则无量纲化后与各向同性材料的Mises准则同构,进而建立了混合硬化正交各向异性材料的增量型弹塑性损伤本构方程和损伤演化方程．基于经典非线性板理论,得到了考虑损伤效应的正交各向异性板的增量型非线性平衡方程,且采用有限差分法和迭代法进行求解．数值算例中,讨论了损伤演化、初始缺陷对正交各向异性板弹塑性后屈曲行为的影响．数值结果显示了弹塑性后屈曲与弹性后屈曲的不同,并且损伤和损伤演化对板的弹塑性后屈曲的影响不可忽略．     

基于特征值分析的多尺度结构优化设计方法

基于特征值分析，提出了多尺度结构优化设计方法.该方法被用于分析宏观结构上作用有最不利荷载时，使宏观结构刚度最大的宏观拓扑结构和微观材料分布.引入约束条件为最不利荷载的Euclid范数等于1，根据Rayleigh-Ritz定理，可以将结构的柔顺度转换为一个与局部荷载向量维数相同的对称矩阵，这样就将作用有最不利荷载的柔顺度最小问题转换为求解对称矩阵的最大特征值最小问题，同时最不利荷载可以通过最大特征值矩阵的特征向量求得.最后通过算例验证所提多尺度结构优化设计方法的有效性，并说明宏观拓扑结构和微观材料分布的合理性.所提出的多尺度优化方法具有迭代稳定、收敛迅速等特点.该文拓扑优化中密度函数的更新是基于灵敏度分析和移动渐近线方法（method of moving asymptotes，MMA）.     

否定非对合剩余格上基于正规模糊理想的一致拓扑空间

拓扑结构是逻辑代数研究领域的重要研究内容之一,为了揭示否定非对合剩余格上的拓扑结构,基于正规模糊理想诱导的同余关系在否定非对合剩余格上构造一致拓扑空间并讨论其拓扑性质.证明了:(1)一致拓扑空间是第一可数,零维,非连通,局部紧的完全正则空间;(2)一致拓扑空间是T_1空间当且仅当是T_2空间;(3)否定非对合剩余格中格运算和伴随运算关于一致拓扑都是连续的,从而构成拓扑否定非对合剩余格.同时,获得了一致拓扑空间是紧空间和离散空间的充分必要条件.最后,讨论了拓扑否定非对合剩余格中代数同构与拓扑同胚间的关系.对从拓扑层面进一步揭示否定非对合剩余格的内部特征具有一定的促进作用.     

完全分配格与点格

本文第一部分利用完备格上的上拓扑子基,给出完全分配格与点格的若干新刻划,并讨论其上的 Scott 拓扑与 Lawson 拓扑的基与子基的构造.第二部分讨论点格与代数格的关系,证明了 L 是点格当且仅当 L 为代数格且 L~(op)为完全 Heyting代数,并证明了代数偏序集范畴与点格范畴是等价的.     

基于磨光反演映射的拓扑优化ICM方法

对结构拓扑优化ICM(independent continuous mapping)方法中的磨光映射和过滤映射加以拓广,利用反演映射极限形式的磨光特性构造其与过滤映射相协调的复合映射.由于该复合映射的叠加离散效应,首先引入幂函数和正弦函数的复合形式过滤函数,用ICM方法建立位移约束下重量最小为目标的连续体结构拓扑优化模型,并采用二次规划精确对偶算法进行求解.再将求得的离散解为主的连续最优解依照动态反演策略,用最佳阈值和理性反演函数求出最严格的0-1离散解,给出了拓扑优化"离散→连续"和"连续→离散"先后相反的二阶段解法.基于MATLAB软件平台开发了相应的拓扑优化计算程序,给出的数值算例对该文提出的方法进行验证,结果表明:该方法计算效率高,最优解灰度单元少,反演后结构重量更小,并且能够计算出更合理的结构拓扑.     

双重三角棋盘格的链环分支数的计数

研究平图的链环分支数,是研究通过平图的中间图构造所对应的链环的基本问题之一,通常是通过对平图实施不改变其链环分支数的无符号平图的三类Reidemeister变换,化大图为小图,从而获得链环分支数的计数.本文运用更多的变换,使得图的缩小更快捷和更有效.由此获得双重三角棋盘格图、周期双重三角棋盘格图、蛛网周期双重三角棋盘格图和双蛛网周期双重三角棋盘格图的链环分支数的计数.     

广义连续格及其拓扑应用

在完备格中引进了广义连续和可加概念,建立了广义连续格理论,并解决了格的拓扑表示问题,提供了一个用格理论解决拓扑问题的方法.     

引用复变量伪应力函数来解幂硬化材料平面应力问题

本文引用复变量伪应力函数将幂硬化材料平面应力问题的协调方程化为双调和方程,从而使此类有强化材料的弹塑性平面应力问题能像线弹性力学平面问题那样采用复变函数法进行求解.本文推导出了幂硬化材料平面应力问题的应力、应变及位移分量的复变函数表达式,可推广应用于满足全量理论的一股弹塑性平面应力问题.作为算例,文中给出了含圆孔幂硬化材料无限大板单向受拉问题的解答,并和有关文献用摄动法获得的同一问题的渐近解进行了比较.     

商空间拓扑结构合成

研究了商空间拓扑结构合成方法。首先对商空间理论中的多粒度世界概念进行拓展,证明了基于拓扑结构的多粒度世界按照拓扑粗细关系构成一个完备半序格,并将它称为拓扑粒度格。其次在拓扑粒度格上得出了拓扑向下合成和拓扑向上合成的形式化定义和数学描述,并证明了其数学描述的正确性。最后讨论了这两种合成方法的关系,以实际应用举例得到了求解问题的两个满足一定条件的解集,并讨论了拓扑结构合成方法的意义。     

基于改进自适应混沌控制的逆可靠度分析方法

自适应混沌控制方法是一种高效、稳健的逆可靠度分析方法,但在求解强非线性凹功能函数时,计算效率仍然有待提高,且可能会陷入局部最优.通过对混沌控制因子更新策略进行改进,提出了基于改进自适应混沌控制的逆可靠度分析方法.数值算例分析表明:该方法能够有效地改善混沌控制因子自适应选取时的合理性,具有更好的收敛性和更高的计算效率,为结构可靠度分析和可靠度优化问题提供了更加高效、稳健的求解途径.     

半连续格上的半基和局部半基

在完备格上引入了半基和局部半基的概念,给出了半基和局部半基的性质及若干等价刻画,证明了一个完备格是半连续格当且仅当它具有半基也当且仅当它每点有局部半基。在此基础上定义了半连续格的权和特征,探讨了半连续格的权和特征与其上赋予半Scott拓扑和半Lawson拓扑时的拓扑空间的权和特征的关系。解决了文献[8](赵彬,刘妮.连续Domain的特征和浓度,陕西师范大学学报,2002,30(2):1~6)中提出的一个问题。     

内射拓扑分子格

本文证明了任给T_O拓扑分子格(L,η),以下三条等价:(1)(L,η)为正则内射拓扑分子格;(2)L为完备集环且其完备余素元集ht(L)形成一连续格,余拓扑η为该连续格ht(L)上的Scott闭集格;(3)存在T_O内射拓扑空间(X,Τ),(L,η)同胚于(P(X),Τ~c)在拓扑分子格范畴中的Sober化。此外,还给出了正则内射拓扑分子格、(一般)内射拓扑分子格以及正则内射分子格的一般结构。作为应用,重新证明了有指数元的拓扑分子格的结构。     

基于Cosserat连续体理论的粉末高温合金弹塑性损伤分析

回顾了航空发动机涡轮盘粉末高温合金材料的发展及研究方法,基于Cosserat连续体理论,建立了粉末高温合金材料的弹塑性损伤模型,可通过特征长度考虑材料的微结构特征,并在模拟软化问题时消除局部化带的网格依赖性.在软化问题中,经典弹塑性理论在计算时需要较多迭代,有时甚至不能收敛.该文基于参变量变分原理,把原非线性问题转化为互补问题来求解,可大大提高求解效率和收敛性.最后通过数值算例验证了本文提出方法的有效性.     

格蕴涵代数的素模糊LI-理想及其谱空间

运用模糊集及拓扑学的方法和原理对格蕴涵代数的LI-理想概念作进一步研究.首先,在格蕴涵代数中引入素模糊LI-理想的概念并讨论其性质特征及其与LI-理想的关系,建立了格蕴涵代数的素模糊LI-理想定理.其次,在格蕴涵代数L的全体素模糊LI-理想构成的集合PFLI(L)上构造了一个拓扑T,从而得拓扑空间(PFLI(L),T),称之为L的素模糊LI-理想谱空间,记为P F-Spec(L).考察了P FSpec(L)的若干拓扑性质.最后,在格蕴涵代数L的全体素LI-理想之集PLI(L)上定义了LI-拓扑TLI,证明了在一个格H蕴涵代数中拓扑空间(PLI(L),TLI)同胚于P FSpec(L)的一个Hausdor?子空间的结论.