采用凝聚函数求解变量可分离规划

为了基于凝聚函数(K-S函数)的特性,将工程问题中的多约束、多目标凝聚为一个近似的、逼近精度参数ρ控制来求解原问题,分析了变量可分离目标函数∑ni=1fi(xi)与KS(ρ,x),并构造L(x,λ)函数,根据鞍点条件建立方程,并对该方程进行一阶Taylor公式展开,求解出拉格朗日乘子的近似解λ*及设计变量的近似解x*i.通过Matlab数学语言来编制求解可分离变量的求解程序,计算了代表性典型变量可分离算例.结果表明:该解法能够高效、快速地完成计算,收敛精度稳定.     

应该为结构拓扑优化的设计变量正名和处理方法顺言

为了澄清拓扑化概念及促进发展,从基本概念入手,阐述了为拓扑变量正名、为有关映射顺言的必要性和迫切性。连续体结构拓扑优化方面的研究,以往学者们不注意厘清拓扑变量的概念,没有探讨其独立地位,而是依附于结构优化低层次,采用惩罚函数使变量趋于0/1,有研究者于2004年意识到应当引进Heaviside函数取代惩罚函数。其实,笔者在1996年提出的独立连续映射( independent continuous mapping,ICM)方法中已经彻底解决了这些问题：定义独立层次的拓扑变量;采用阶跃函数及其逆函数的近似逼近。本文阐述了ICM方法的概念,并以频率约束拓扑优化为例详述了建模及求解。算例表明ICM方法因概念清晰显示出明显优势。《论语·子路篇》曰：“名不正则言不顺,言不顺则事不成。”正名方可顺言,是时候该为结构拓扑优化的设计变量正名和处理方法顺言了。     

改进的响应面方法在二维连续体形状优化中的应用

在二维连续体结构形状优化中,采用响应面方法近似求解约束的敏度来建立模型:根据结构分析的响应值,可以拟合出复杂响应对设计变量的显函数。为克服各试验点的拟合值与结构真实响应值之间的误差,发展了一种在中心试验点精确拟合的方法,提高了模型的精度,收到了良好的效果。     

焊接结构造价的最经济设计

研究焊接结构造价最省设计的问题,以焊接组件各部分的厚度为设计变量,约束条件为满足设计的强度要求,其中造价包括板材用料、加工成形、装配、焊接和喷漆等费用.运用RSM,K-S函数和SQP求解结构优化模型,灭菌器实例表明加强肋的均匀分布会使内壁上应力分布较合理;装配加工费用占总成本的1/2以上,在满足强度务件下,减小厚度将大大节省材料和加工费用.同时,考虑样本点分析的独立性,采用并行计算提高了计算效率,使得软件更具实用性.     

ICM应力全局化方法克服连续体拓扑优化的载荷病态

在连续体结构拓扑优化中,由于载荷通常非常复杂,存在一种类似于结构分析中总刚病态的载荷病态现象。引起载荷病态的原因是由于大多数拓扑优化算法没有考虑大载荷、小载荷间的不同影响,使得小载荷的传力路径在优化过程中消失。该文对载荷病态问题进行了剖析,并将其分为三种情况:1)多工况间有载荷病态,但工况内无载荷病态;2)仅在工况内有载荷病态;3)多工况间有载荷病态,同时某工况内也有载荷病态。为解决载荷病态问题,该文提出了应变能策略,利用应力全局化的ICM方法,逐一采用不同的补充方法解决了上述三种载荷病态问题。对多工况下应力约束的连续体结构拓扑优化问题,应力全局化意指基于第四强度理论将局部性应力约束转化为全局性的应变能约束。数值算例表明:全局性的应变能约束代替局部性应力约束可以更好地得到传力路径,并能更方便地处理各种复杂载荷病态问题。     

薄壁管轴向冲击的数值模拟与吸能优化

从抗撞性角度观察车辆设计,薄壁构件具有良好的吸能性能,为了深入探讨车辆吸能元件抗撞的性能,应用LS-DYNA对不同正多边形截面薄壁管进行计算机数值模拟,旨在获得工程抗撞设计中对某些抗撞部位具有借鉴性的吸能元件。采用斐波那契(Fibonacci)搜索对正多边形截面薄壁管吸能最大对应的最佳边数的搜索求解,得在正多边形截面薄壁管冲击压缩相同长度时,正十一边形截面薄壁管的吸能最大。     

基于双迭代以截面尺寸拟合薄壁梁几何性质的解法

利用薄壁特点将截面尺寸拟合薄壁梁几何性质的方程组简化，构造且证明了收敛的迭代初始解，时而用准确的非线性方程组构造进一步迭代公式，得到了收敛快而稳的解法。     

基于满应力准则的膜结构截面优化

为了得到满足应力约束的膜结构的最优设计,根据满应力准则和静定化假设对应力约束下的膜结构的截面进行了优化设计.以膜单元的设计厚度与初始厚度的比值为设计变量,通过设计变量的量纲一化实现了设计变量的连接.用MSC.PCL(Patran command language)语言对MSC.Nastran&Patran软件进行二次开发,完成了膜结构优化程序.算例证明了程序算法的可靠性和高效性.     

边坡及挡土墙变形局部化分析

本文将局部和非局部软化损伤线性结合在一起表示非局部软化损伤内变量，给出变形体边界上积分点非局部内变量的复合映射方式。用非局部连续莫尔-库仑模型和次塑性模型(Hypoplasticity)，分别对边坡和挡土墙的变形局部化破坏过程进行了模拟分析。二维、三维有限元计算结果表明，本文采用的软化损伤内变量非局部方式和非局部边界的处理是行之有效的，反映材料微观性态的特征尺度以统计平均的方式表达，在材料本构关系中加以体现，所得计算结果对有限元网格的划分具有不敏感性，因而用非局部连续模型模拟土工建筑物的变形破坏过程具有可行性。     

避碰组合多项式凸轮型线及其优化设计

构造了一种避碰组合多项式凸轮型线 ,可适应内燃机高压缩比、小余隙容积和配气凸轮较大时面值的要求。给出了型线的设计方法。在三自由度模型动力分析的基础上 ,建立了以凸轮型线时面值为目标函数、以机构动力性能及强度等为约束条件的动态优化设计模型。数值算例表明 ,该型线在保证机构充气性能和动力性能的同时 ,避碰效果非常明显 ,有利于在结构许可的范围内减小余隙容积 ,提高内燃机综合性能