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。     

管道结构振动激励优化初值点的处理方法

本文提出一种优化初值点近似处理方法,用于研究管道结构振动激励优化问题,通过简单算例说明,并用复杂管系加以验证,该方法可以使任给初值点（在可行域内）尽快靠近所求极值点,从而缩短优化计算过程,加快收敛速度。     

MFCAV近似Riemann解在新型拉氏方法中的应用

Maire等提出了一种新型的有限体积中心型拉氏方法, 该方法大大地改善了一直困扰着一般中心型拉氏方法的虚假网格变形. 然而在计算数值流和移动网格时,该方法只应用了数值黏性较大的弱波近似(weak wave approximatedmethod, WWAM) Riemann解, 而且方法的设计表明其他类型的近似Riemann解不能简单直接地应用上去. 将体平均多流管(multifluid channel on averaged volume, MFCAV)近似Riemann解视为对WWAM的修正,成功将其应用于新型方法中, 数值实验表明应用了MFCAV 的新方法是有效的. 研究为将其他更为有效的近似Riemann解应用于该新型方法中开辟了一条道路.      

基于近似模型的非线性区间数优化方法及其应用

在不确定优化中,非线性区间数优化方法由于需要嵌套优化,造成计算效率低下而阻碍其应用于工程实际.本文提出了一种基于径向基函数近似模型的求解方法,以提高非线性区间数优化方法的计算效率.该方法利用拉丁超立方实验设计方法采样,建立目标函数和各约束的径向基函数近似模型.利用近似模型代替嵌套优化中的真实模型,再用非线性区间数优化方法进行求解,从而提高了非线性区间数优化方法的计算效率,使得该算法在工程应用方面成为可能.用一个测试函数验证了该方法的可行性,最后将方法应用于车身薄壁梁的耐撞性优化.     

多自由度振动结构的随机优化方法

多自由度振动结构的随机优化问题的求解一般要比确定性优化问题的求解复杂得多，也没有行之有效的算法．本文利用概率原理，把随机优化问题转化为等价的确定性优化问题，优化参数取作随机设计变量的均值和标准差，并把该方法应用于多自由度线性扭振系统，在得设计参数的最优均值的同时，还得到了相应的最优标准差，为工程技术人员控制结构零部件的加工精度提供了依据．算例表明该方法是有效的，随机优化的结果比确定性优化的结果好得多．同时，在算例中还讨论了随机设计参数的标准差对优化结果的影响．     

改进的遗传算法在连续体结构多目标拓扑优化中的应用

连续体结掏多目标拓扑优化是结构优化领域中的一个较难的研究课题.本文提出了一种改进的SPEA2多目标优化算法.该算法中采用数学形态学中的四方向链码的编码方式进行结构拓扑表达,使产生的拓扑结构清晰且无异议,完全消除了模糊的拓扑边界和棋盘格现象.提出了"质量向量"的概念,用以量化两个结构拓扑之间的相似性,从而使得不同结构拓扑之间的相似性比较成为可能.同时还将机器学习中的范例学习的思想融入到新算法中,利用前面的有限元分析结果对后来的结构分析进行指导,剔除了很多不必要的重复的计算,从而使算法的总计算量大幅度地减少.将新算法应用于悬臂和简支两类深梁的多目标拓扑优化,获得了高质量的Pareto最优解,且具有很好的分布.     

无网格径向点插值法在拓扑优化中的应用

论文基于无网格径向点插值法(RPIM)对连续体结构进行拓扑优化设计.以高斯点的相对密度为设计变量,以结构的柔度最小化为目标函数,利用带惩罚的各向同性固体材料模型(SIMP)和优化准则法,建立了设计变量的迭代格式.利用灵敏度过滤技术有效地消除了点状棋盘格现象.给出了相应的计算流程,并用Fortran程序语言实现其算法.算例证明,应用无网格径向点插值法能够有效地对连续体结构进行拓扑优化设计.     

基于线性多点逼近方法的结构局部非线性损伤识别

结构损伤通常伴随一定的非线性响应特征,当非线性特征较为明显时,单纯的有限元更新方法无法克服本身所固有的非线性特征的限制,在动力特性测试中也存在许多困难.本文研究时域内损伤识别方法,将局部非线性结构损伤等效为一个的附加子结构,基于线性多点逼近方法,将一个非线性损伤识别问题转化为作用于线性模型的载荷识别问题.通过结构非线性响应识别出等效附加力的时间历程,利用附加子结构的输入输出特性识别实际结构的单元损伤特性.在所提出的识别方法理论算法基础上,对单元刚度线性损伤和非线性损伤形式进行了数值模拟,算例显示这种方法的有效性.     

平面连续体多工况应力约束下结构拓扑优化的有无复合体方法

本文在[4]的基础上,按“有无复合体”模型对应力的约束下多工况平面连续体结构拓扑优化的求解进行研究,提出了“工况影响系数”的概念,用于“病态荷载”问题的识别的解决,获得了令人满意的数值结果。     

动态设计变量优化方法及其在工程静力学通用程序设计中的应用

本文提出动态设计变量优化新方法并解决理论和工程问题，该方法首先构建目标函数框架，然后根据具体问题的输入条件，动态地进行设计变量分配和合理排序，形成实际问题的动态目标函数。基于动态设计变量优化方法，编制出一个能解决单刚体、刚体系的平面和空间问题、摩擦问题和桁架所有工程静力学平衡问题的通用程序，并通过实例分析验证。为解决更多工程领域问题提供有效新观点。     

基于近似技术的涡轮叶片气动优化设计

根据五次多项式方法进行三维涡轮叶片的参数化建模,采用N-S方程和湍流模型进行三维流场分析计算,以K-S函数法作为优化方法,利用近似技术加速循环优化速度,建立了一种基于近似技术的涡轮叶片的气动优化方法。将气动效率和总压比作为目标函数,对涡轮叶片进行多目标气动优化、形状优化。算例表明本文提出的涡轮叶片优化设计方法是有效的。     

结构可靠性分析的多项式数值逼近法

提出了工程结构可靠性分析的多项式数值逼近法。它是以多项式{1,x,…,x^n}为基，利用功能函数高阶矩，通过计算功能函数的最佳逼近概率密度函数，然后用工程结构可靠性分析的一般式来计算结构失效概率的可靠性分析新方法。通过理论分布曲线的数值检验和结构构件失效概率的计算，表明工程结构可靠性分析的最佳平方逼近法在理论上的正确性和工程上的实用性。     

Finite-dimensional approximation to global minimizers in functional spaces with R-convergence

A new concept of convergence (R-convergence) of a sequence of measures is applied to characterize global minimizers in a functional space as a sequence of approximate solutions in finite-dimensional spaces. A deviation integral approach is used to find such solutions. For a constrained problem, a penalized deviation integral algorithm is proposed to convert it to unconstrained ones. A numerical example on an optimal control problem with non-convex state constraints is given to show the effectiveness of the algorithm.     

Three-dimensional structure optimal design for extending fatigue life by using biological algorithm

This paper presents some applications of a new structural shape optimization procedure for maximizing fatigue life or inspection intervals for damage tolerant structures. In this approach, a new and simple method, which we termed FAST (Failure Analysis of Structures), for estimating the stress intensity factor for cracks at a notch, as well as an extension of the biological algorithm was employed to study the problem of optimization with fatigue life as the design objective. Research by the authors has demonstrated that the optimum shape for minimizing stress is not necessarily the optimum shape for static strength or fatigue life of a damage tolerant structure. The examples are presented that highlight this difference. The optimal shapes for stress are compared with optimized shapes found for static strength with different crack lengths. These are also compared with optimized shapes found for maximum fatigue life. The choice of initial crack size was found to have a significant effect on the optimal shapes for the structures presented.     

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。     

离散变量优化设计的方向差商法

本文根据离散变量的特点，提出了方向差商的概念，并且针对一类目标函数、约束函数具有单调性的优化设计问题，发展了一种在可行集外由目标函数最小的点出发，沿目标函数增加最小、约束函数降低最多的方向逐步搜索，逐步靠近可行集边界的方向差商法。并将此方法应用于离散变量结构优化设计中。     

动力松弛法在应变软化类结构有限元静力分析中的应用

结构静力分析中常因材料应变软化使得相应定解问题失去适定性,从而导致有限元分析不收敛。为解决此问题,在已有的相关研究基础上,采用动力松弛法（DRM）求解结构非线性有限元静力分析的增量步,将其应用于损伤型本构所描述的结构软化问题。本文方法依据两个原理,其一是苏联《数学百科全书》论述的原理——定义于时间域的任何定解问题适定可解,其二是DRM所用的原理——质量系统静力解为相应动力解的稳态部分。且DRM无需进行隐式静力分析时的总体刚度矩阵组装和求逆计算。本文用加荷载增量求解静力平衡路径硬化段,用加位移增量求解极值点和软化段。数值试验表明,本文方法能完成应变软化类结构的静力平衡路径求解。     

基于随机有限元的非线性结构稳健性优化设计

结合结构优化技术和摄动随机有限元方法研究了非线性结构稳健设计问题。将结构稳健性优化设计问题构造为双目标优化问题。优化目标包含结构性能函数的期望值和标准差。约束函数的变异也给予考虑,并采用基于函数梯度的算法进行求解。为对具有路径相关特征的非线性结构性能及结构响应的平均值及标准差进行分析。本文采用缩减的随机变量,提出了基于增量法的摄动随机有限元计算格式。在此框架下,进一步提出以一般泛函形式表达的结构性能的平均值和方差及其灵敏度的计算格式。为显示方法的有效性。文中给出几个数值算例。     

FUZZY ARITHMETIC AND SOLVING OF THE STATIC GOVERNING EQUATIONS OF FUZZY FINITE ELEMENT METHOD

The key component of finite element analysis of structures with fuzzy parameters, which is associated with handling of some fuzzy information and arithmetic relation of fuzzy variables , was the solving of the governing equations of fuzzy finite element method. Based on a given interval representation of fuzzy numbers, some arithmetic rules of fuzzy numbers and fuzzy variables were developed in terms of the properties of interval arithmetic. According to the rules and by the theory of interval finite element method, procedures for solving the static governing equations of fuzzy finite element method of structures were presented. By the proposed procedure, the possibility distributions of responses of fuzzy structures can be generated in terms of the membership functions of the input fuzzy numbers. It is shown by a numerical example that the computational burden of the presented procedures is low and easy to implement. The effectiveness and usefulness of the presented procedures are also illustrated.     

弯矩作用下薄板振动的仿真分析

针对工程中广泛存在的弯矩作用下板结构的振动问题,分别建立四边固定、三边固定一边自由、两对边固定两对边自由的3种不同边界条件下板的振动模型;基于有限元法计算振动板的频率响应,计算了各节点振动速度的平方和;运用部分追加法正交试验方案分别对板厚、边界条件、板的损耗因子三因素三水平、激励点位置四水平进行了正交试验。实例结果表明,以速度平方和的大小为目标,影响薄板振动的主次因素顺序为:损耗因子、板厚、边界、激励点位置;当振动板两对边固定另两对边自由支承、板厚为0.014m、在(0.5m,0.4m)点处激励且板的损耗因子为0.0008时,此组合为薄板结构振动最小的最优组合。