复杂结构优化选型的计算方法

本文为复杂结构优化选型提供了一个比较实用的计算方法:根据原有结构型式和设计经验来建立优化选型计算模型;对目标函数和约束条件作数学上近似处理后,利用Kuhn-Tucker条件和Lagrange乘子,把选型问题转化为求解典型二次规划问题;引进加权因子和利用改进后的变尺度法使计算过程简化、可靠,而且精度较高.     

空间太阳望远镜主构架的力学分析与优化

基干航天器结构设计的特殊性,用有限元软件MSC．NASTRAN对空间太阳望远镜主构架进行了力学分析。根据敏度分析方法和优化计算要求,建立了满足结构频率和振型条件、追求重量最轻的优化模型。结合工程优化的特点,提出多种拓扑结构方案,并对主构架进行了拓扑型式比较与选优、形状优化和尺寸优化,最后对多变量优化设计的初值问题进行了探讨。经优化计算及工程处理,使主构架的总重量减少了36％,力学校验和热分析表明优化结构满足整星设计要求。     

基于模糊推理网的高层结构智能型式优化方法与系统

首先,给出了一种改进加权模糊推理网,建立了基于该推理网的结构性能评价过程与方法,该网兼有模糊综合评判、模糊推理与模糊推理网等算法共同优点;然后,给出了一种基于模糊综合评判的优选法,将其与六个目标级性能的评价网集成,形成了兼有性能评价与优选功能的集成推理网络系统,给出了该集成系统的网络结构图及其决策函数,同时,建立了基于上述方法的结构智能型式优化支持系统;最后,给出了工程实例,结果与实际吻合。实践表明:该方法能以直观的方式表征、存储与利用领域专家在型式优化时的知识与策略,并克服了传统基于模糊逻辑与神经网络的型式优化系统的不足,是解决具有多目标、多层次及不确定信息的型式优化问题的有效方法。     

用拓扑优化设计多体分比蜂窝状结构

提出用拓扑优化及增材制造法设计同一材料制作的蜂窝状结构,并把设计可归结为在不同的设计域内使用不同的体分比的拓扑优化问题。首先推导了多体分比约束条件下的蜂窝状结构拓扑优化问题;然后提出了基于多阈值的等值面法及与商用有限元分析软件对接的算法。给出了有三个体积约束的最小柔顺性问题的数值算例。计算结果表明,对于具有三个体积约束的拓扑优化设计问题,存在一个最佳的体积约束组合;使用等量的材料,与两个体积约束的最佳拓扑设计相比,用最佳体积约束组合所得到的优化结构的柔顺性还要小10%。     

基于非概率模型的结构可靠性优化设计

结构设计受控于诸多因素的不确定性。基于可靠性方法的优化设计是结构设计的合理途径。不确定结构的可靠性优化设计，通常是用概率模型求解。但概率模型的应用是以有足够的数据信息为基础的。且结构的概率可靠性优化设计通常计算量很大，设计效率低。本文基于不确定性的凸集模型描述，提出了一种不同的基于非概率可靠性的结构优化设计模型。它只需知道不定参量的界限，而不要求其分布型式。可显著降低可靠性优化的计算工作量。且由于对初始数据的要求低，具有较强的适用性。实例计算表明文中方法是实用和有效的。     

用拓扑优化设计多体分比蜂窝状结构（英文）

提出用拓扑优化及增材制造法设计同一材料制作的蜂窝状结构,并把设计可归结为在不同的设计域内使用不同的体分比的拓扑优化问题。首先推导了多体分比约束条件下的蜂窝状结构拓扑优化问题;然后提出了基于多阈值的等值面法及与商用有限元分析软件对接的算法。给出了有三个体积约束的最小柔顺性问题的数值算例。计算结果表明,对于具有三个体积约束的拓扑优化设计问题,存在一个最佳的体积约束组合;使用等量的材料,与两个体积约束的最佳拓扑设计相比,用最佳体积约束组合所得到的优化结构的柔顺性还要小10%。     

连续体结构的拓扑与形状集成优化算法

以连续体结构的拓扑与形状优化设计技术作为研究对象,将拓扑优化、形状优化、有限元分析和计算机辅助设计有机地集成在一起,构建了优化设计模型;研究了用B样条曲线曲面逼近拓扑优化后的结构体边界,进行边界光滑处理;在形状优化中,设计变量定义为B样条曲线或曲面的控制顶点的运动,建立了边界节点移动速度场计算方法和边界形状调整方法及模型更新理论,有效地控制节点的运动,给出了相应的算法和计算表达式,寻求较快的搜索方向,以合理速度分布尽快使形状变为最佳。设计实例的结果表明了本文所建立的模型的合理性和方法的有效性。     

OUT型闭式三轴转台的结构设计

本文介绍了ＯＵＴ型闭式三轴转台的结构型式，具体讨论了各轴系的轴承布置、精度计算等设计问题，并分析、总结了该三轴转台的结构特点。     

基于块体单元离散模型的地铁车站爆炸破岩与防护研究

地铁已成为大、中型城市主要交通工具,然而地铁车站一直是恐怖爆炸袭击的重点对象,直接影响地铁运营安全,增强地铁车站结构防护抗爆能力至关重要.本文采用理论分析、数值模拟相结合的研究方法,利用单元内连续、单元间非连续的计算方法,构建块体单元离散弹簧动力学模型,建立地铁车站三维计算模型,模拟地铁车站内部爆炸状况,研究爆炸波空间传播和耗散规律及对构筑物破坏作用;分析低能爆炸作用下车站支柱混凝土、钢管护层混凝土和泡沫钢板夹芯护层混凝土抗爆性能,根据不同防护结构衰减应力波和吸能性能,优化地铁车站构筑物防护结构型式,提高车站抗爆能力,具有重要的实际应用价值.     

塔式小车变幅起重臂的结构优化设计

本文提出一种既能为设计工程师所接受、无需初设方案,又经济可靠的结构优化设计方法。它的主要特点:一、按工程要求提出的超吊重量函数、超重臂长度、横截面形状及其他附加荷载等设计参数,由准则优化给出最佳吊点位置、塔帽高度及起重臂内力,并由此给出起重臂整体截面几何性质和最危险工况下的初始统计变量;二、自动由初设方案进行有限元结构分析的数学规划法优化。其中包括单元节点自动生成、形状优化和行之有效的SUMT技术及性态模型法的优化计算;三、全部计算可在IBM-PC微机上一次完成,整个优化设计过程输入量少。输出参数完整,能满足设计要求。 计算结果表明,QTZ200自升塔50米起重臂比原设计重量减轻41％。     

用反向渐进结构优化方法研究洞室支护优化

洞室开挖支护的优化是在铁路隧道、矿山开挖、水电站建设中经常面对的课题,特别是研究洞室开挖支护拓扑优化有着重要的意义。本文利用近年来发展的渐进优化方法(ESO)的概念,提出了反向ESO方法的迭代格式,建立了洞室开挖支护优化的准则及其敏感度,研究了均匀地基不同地应力条件使得开挖卸荷产生的总应变能最小的最优支护拓扑。结果证明了反向ESO方法的适用性,最优支护拓扑大致成椭圆或者圆形,其主轴方向与最大主应力主轴方向相同。     

基于极限学习机和优化算法的润滑油添加剂种类识别与含量预测

为了快速识别润滑油中添加剂种类和含量,将添加剂硫化异丁烯(T321)、烷基二苯胺(T534)、硫代磷酸胺盐(T307)以不同配比混合在基础油中,使用极限学习机(ELM)对油样的红外光谱数据构建模型进行训练测试,并采用贪心算法、遗传算法(GA)对输入波段优化,筛选出最优波段区间组合以剔除相关性过高的波段从而提高运算效率.测试结果表明:ELM模型可对润滑油添加剂进行有效的种类识别和含量预测,相比于传统理化检测方法是一种经济快速的新型润滑油添加剂检测手段;且经GA波段筛选优化后模型输出结果更具优势,对三种添加剂的种类识别准确率均达到100%、含量预测决定系数(R²)分别提升了43.8%、39.0%和24.4%.     

基于自动分组遗传算法的建筑结构体系与构件尺寸协同优化设计

研究了利用结构优化方法实现建筑结构体系选择的问题。文中建立了可以覆盖框架、框架-剪力墙和巨型结构三种体系的优化模型,并采用自动分组遗传算法求解,实现了结构体系与构件尺寸的协同优化。文章特别设计了三类模块,每类模块通过专门构造的含有多个分量的设计变量来表示,按一定方式组合这些模块可得到不同体系的结构。巨型结构中,巨型构件的设计变量表示方法和惯性矩计算方法满足提出的三条假设。基于精心构造的设计变量和三条相关假设,文中建立了以结构总材料用量最少为目标,考虑强度、刚度、分组及构造要求等约束条件的优化模型,采用自动分组遗传算法研究了40层、10层、6层三种高度建筑的优化设计。在相同外荷载条件下,它们的最优设计分别为巨型结构、框架-剪力墙和框架结构。     

THE SATELLITE STRUCTURE TOPOLOGY OPTIMIZATION BASED ON HOMOGENIZATION METHOD AND ITS SIZE SENSITIVITY ANALYSIS

With the development of satellite structure technology, more and more design parameters will affect its structural performance. It is desirable to obtain an optimal structure design with a minimum weight, including optimal configuration and sizes. The present paper aims to describe an optimization analysis for a satellite structure, including topology optimization and size optimization. Based on the homogenization method, the topology optimization is carried out for the main supporting frame of service module under given constraints and load conditions, and then the sensitivity analysis is made of 15 structural size parameters of the whole satellite and the optimal sizes are obtained. The numerical result shows that the present optimization design method is very effective.     

Backward uncertainty propagation in shape optimization

We aim at quantifying the impact of state uncertainties in shape optimization. This provides confidence bounds for the optimal solution. The approach is presented for inverse designs where the target is assumed uncertain. No sampling of a large dimensional space is necessary, and the approach uses what is already available in a deterministic gradient‐based inversion algorithm. Our proposal is based on the introduction of directional quantile‐based extreme scenarios knowing the probability density function of the target data. We use these scenarios to define a matrix having the structure of the covariance matrix of the optimization parameters. We compare this construction to another one using the gradient of the functional by an adjoint method. The paper goes beyond inverse design and shows how to apply the method to general optimization problems. The ingredients of the paper are illustrated on a model problem with the Burgers equation and on the optimization of the shape of an aircraft. Overall, the computational complexity is comparable with the deterministic case. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

Parameter identification of electronic throttle using a hybrid optimization algorithm

Aiming at the problems in parameter identification of an electronic throttle, this paper proposes a novel hybrid optimization algorithm to search the optimal parameter values of the plant. The parameter identification of an electronic throttle is considered as an optimization process with an objective function minimizing the errors between the measurement and identification, and the optimal parameter values of the plant are searched by using a hybrid optimization algorithm. The proposed hybrid optimization algorithm, effective combination of parallel chaos optimization algorithm (PCOA) and simplex search method, preserves both the global optimization capability of PCOA and the accurate search ability of simplex search method. Simulation and experiment results have shown the good performance of the proposed approach.     

Erratum to: Parameter identification of electronic throttle using a hybrid optimization algorithm

Aiming at the problems in parameter identification of an electronic throttle, this paper proposes a novel hybrid optimization algorithm to search the optimal parameter values of the plant. The parameter identification of an electronic throttle is considered as an optimization process with an objective function minimizing the errors between the measurement and identification, and the optimal parameter values of the plant are searched by using a hybrid optimization algorithm. The proposed hybrid optimization algorithm, effective combination of parallel chaos optimization algorithm (PCOA) and simplex search method, preserves both the global optimization capability of PCOA and the accurate search ability of simplex search method. Simulation and experiment results have shown the good performance of the proposed approach.     

基于遗传算法的抗震钢框架多目标优化设计

考虑抗震钢框架优化问题具有多目标的特点,在遗传算法的基础上对抗震钢框架多目 标优化设计进行了探讨. 在无约束Pareto排序遗传算法的基础上,提出了一个简单、实用 而又可以避免采用罚函数的全新排序方法,在此基础上形成了一种求解有约束多目标优化 问题的Pareto遗传算法(CMOPGA), 并给出了具体的算法流程图. 以钢框架重量最轻和结构 总动应变能最小为目标,基于相关的设计规范,给出了抗震钢框架多目标优化问题的一种合 理提法. 采用CMOPGA对一个两跨六层抗震钢框架实例进行了多目标优化设计,并提出了一 个在Pareto最优解集的基础上选取妥协解的相对最小距离妥协原则. 算例结果表明,采用 CMOPGA求解抗震钢框架多目标优化问题是可行和有效的.     

Discrete element method study of parameter optimization and particle mixing behaviour in a soil mixer

Soil mixing is an emerging research in the field of construction resource recovery. In this study, the mixing behaviour of soil particles in a mixer is numerically simulated by the discrete element method (DEM). A four-factor, three-level orthogonal experiment is designed to optimize the mixer design by selecting the fly-cutter speed, spindle speed, number of blades and fly-cutter diameter, using Lacey mixing index and power consumption as evaluation indicators. Then, the impact of soil cohesion and type on the mixing behaviour is investigated. The results show that the optimal parameter combination of this experiment is 280 rpm fly-cutter speed, 40 rpm spindle speed, 4 blades and 250 mm fly-cutter diameter. This optimal combination reaches a comparatively uniform state mix in 5.9 s with an average power consumption of 704.11 W. In addition, the wear and tear of the mixer increases as soil cohesion increases, while the mixing quality of materials declines, resulting in a “shaft hugging” phenomenon. The mixing efficiency varies greatly among different soil types, but the radial and tangential velocities have a similar law. This work can provide some guidance for the optimization design of a mixer and study of soil mixing.     

SOME RESULTS ON OPTIMAL TOPOLOGY DESIGN OF TRUSS WITH UNILATERAL CONTACT CONSTRAINTS

The optimal topology design of truss structures concerning stress and frictionless unilateral contact displacement constraints is investigated. The existence of ununique optimal solution under contact gaps is found. This shows that the contact conditions have an effect on structural topology, and different initial contact gaps may lead to different structural topologies. To avoid the singular optima in structural topology optimization in multiple loading cases, an ε-relaxed method is adopted to establish the relaxing topology optimization formulations. The problem is solved by means of a two-level optimization method. In the first sublevel, the solution of the frictionless unilateral contact problem is obtained by solving an equivalent quadratic programming. In the second sublevel, topology optimization of truss is carried out by an ε-relaxed method. The validity of the method proposed is verified by computational results. Supported by the Postdoctoral Science and Research Foundation of Shanghai, China.