板壳加筋结构的组合优化

提出了一种将结构加筋布局优化和结构参数优化相结合的优化方法。该方法先对结构中的加强筋进行布局优化,然后再优化结构参数。在加筋布局优化中,用单元应变能密度灵敏度作为删除单元的准则。在参数优化中,目标函数和约束函数被近似地表示为二阶表达式,并用改进的DFP（Davidon,Fletcher and Powell）方法来求优化解。为了降低计算复杂度,采用组合近似（CA）方法对修改后的结构位移和应力进行重分析,并应用该方法对储水箱结构进行了结构优化设计。数值结果表明,该方法处理板壳加筋结构优化问题十分有效,而且容易在计算机上实现。     

多频率约束下振动筛动态拓扑优化设计

应用多频率约束下板结构加筋动态拓扑优化方法,提高了振动筛筛体的刚度。为了避免映射求解的麻烦和载荷病态,提出了单元(或单元组)特征值灵敏度,并给出了识别被删除单元(或单元组)的多模态无量纲混合测度。描述了优化过程,在板结构中增加可能的加强筋形成基础结构,并将单元按加强筋为单位分组。该方法应用在振动筛筛壁的加筋布局优化中,得到了理想的优化结构。     

基于SEA的加筋铝板声传输研究及仿真

运用统计能量分析方法,推导出加筋结构声传输函数,采用VA One中SEA模块对加筋铝板声传输损失进行研究,建立加筋铝板隔声计算的仿真模型。将仿真结果与已有文献试验数据进行比较,证明了采用加筋结构声传输计算模型研究其隔声特性的有效性并分析了相关参数对加筋铝板声传输的影响。研究结论为船舶加筋板的隔声设计提供了一定参考,尤其对铝合金上层建筑舱壁和围壁隔声护板的声学设计具有指导意义。     

斜拉输水结构优化数学模型

结构布局优化在目前属高层次的优化范畴,应用于斜拉输水结构的优化设计更是鲜为人知。本文在分析斜拉输水结构特点的基础上,根据数学规划方法,结构重分析特点和实际应用的可能性,探讨该结构优化数学模型中设计变量的选择、目标函数的选定,约束条件的规格化等问题,建立实用、合理的数学模型。本文研究的成果丰富了结构优化内容,对斜拉输水结构的发展有一定现实意义。     

组合结构的残余振动最小化结构优化设计

为了解决残余振动直接影响结构性能的问题,研究了最小化残余振动为目标的组合结构优化设计,目标函数为能够总体衡量结构残余振动响应的二次型积分形式的性能指标,设计变量为组合结构参数化描述时采用的形状尺寸等参数。采用半解析法灵敏度分析克服了将这一方法应用于包含多种单元、多种类型设计变量的组合结构优化的困难,实现了采用Matlab将Ansys作为黑箱调用进行结构优化设计。数值算例展示了该方法的有效性。     

基于遗传算法的桁架结构布局优化设计

利用遗传算法在Matlab语言环境中对桁架结构进行布局优化设计方法的研究,分别选择杆件截面面积、节点坐标、杆件存在状态为设计变量,同时进行截面尺寸、形状、拓扑三个方面的优化.讨论了实现过程中一些问题的处理,利用结构可能的拓扑形式编号为设计变量进行拓扑优化等,提出利用一个变量控制参数boundsops解决了多类型参数联合编码和离散变量的问题,提出一种结构优化设计实用方法.算例表明,提出的基于遗传算法的桁架结构布局优化设计方法进行桁架结构的布局优化设计比较容易实现,简单、有效,可以产生很好的效益.     

基于响应面法的船舶I型加筋板架轻量化设计

利用Ansys Workbench软件对船舶I型加筋板架进行有限元分析。建立优化数学模型,对板架的上板厚度、下板厚度、板筋高度以及板筋厚度进行优化。利用灵敏度分析法分析在重压载荷条件下相关结构对板架的最大变形以及质量的影响,并利用响应面法对板架进行优化。结果表明优化后的某I型船舶加筋板架质量减轻了21%,证明该方法可以实现船舶I型加筋板架的轻量化设计。     

量子粒子群算法在结构模态参数识别中的应用

量子粒子群算法作为粒子群算法的改进,具有参数少、好编程、易收敛等优势而备受关注.通过将由结构输入、输出数据计算而得的实测频响函数与包含所需识别的结构模态参数的理论频响函数之差最小化作为优化目标,经过对理论频响函数中的结构模态参数搜索取值而使目标函数最小,此过程将结构模态参数识别问题转化为优化问题.采用量子粒子群算法进行优化而得到结构模态参数.为验证该方法的有效性,对一数值模拟的三层混凝土框架结构进行分析,结果表明,量子粒子群可以有效地识别结构模态参数.     

加筋与土体间界面反应特性的大型拉拔试验研究

用于加筋土计算的主要方法有极限平衡法和有限单元法两种，在利用这两种方法对加筋土体进行稳定性计算时，都需要利用土体与加筋界面反应特性参数。根据大型拉拔试验测定的筋——土接触面特性的数据，绘制出剪应力与拉拔位移之间的关系曲线，它符合非线性的双曲线规律，并求出5个接触面特性参数，可供加筋有限元计算分析之用。     

一种多工况下桁架结构的拓扑优化设计方法

论文提出了一种桁架结构在多工况作用下满足平衡条件的拓扑优化设计方法。在该方法中,以杆件内力为设计变量,结构重量为目标函数,将拓扑优化模型描述为一个非光滑的数学规划问题,而后通过变量代换将其转化为光滑的非线性规划问题,进而将原问题的解转化为几个线性规划问题的解。方法保证得到两工况下的精确最优解,多工况(大于等于3)下的近似最优解。几个工程算例结果说明了该方法的合理性与有效性。     

载重汽车变速器壳体加强筋布置的优化设计

为了提高载货汽车变速器壳体强度,在其内部布局加强筋.在布局优化过程中,以应力约束条件下加强筋的最小质量为目标函数,加强筋被布置在高应变能或应力的位置,利用加强筋单元应变能灵敏度和一种迭代计算中高效的重分析方法提高计算速度,通过确定加强筋单元的使用效率决定加强筋单元删除或保留.计算结果表明:经过2次迭代优化,变速器壳体结构的最大主应力从1.12×108Pa下降为9.86×107Pa,达到设计要求.应用加强筋的布局优化,可以有效地提高汽车变速器壳体结构强度.     

载货汽车发动机飞轮壳加强筋布置的优化设计

论述了载货汽车发动机飞轮壳加强筋的布置优化设计。在布置优化过程中,以应力约束条件下加强筋的最小重量为目标函数,将加强筋布置在应变能(或应力)较高的位置。利用加强筋单元应变能灵敏度给出了飞轮壳加强筋优化位置的搜寻方法,即通过确定加强筋单元的使用效率来决定应该被删除的无效单元。在迭代设计过程中,应用一种高效的重分析方法提高了计算速度。该方法与传统设计方法相比,大大缩短了优化设计周期,提高了设计精度。     

结构优化中的海森矩阵的近似迭代方法

为了避免在结构优化中近似计算目标函数和约束函数的二阶泰勒展开式时计算海森矩阵,提出了只计算函数的一阶导数项计算海森矩阵逆的方法(DFP方法),这种方法省去了计算函数的二阶导数矩阵和求矩阵的逆的过程。通过对悬臂板结构的优化计算表明,该方法对结构优化问题是有效的。     

斜跨钢拱桥索梁锚固区主梁腹板加劲肋优选

为了进行斜跨钢拱桥索梁锚固区主梁腹板内侧加劲肋的优选,以张家口某斜跨拱桥为研究对象,通过比选确定正确的计算单元和合理的计算梁段长度,采用有限元分析软件Ansys对锚箱式索梁锚固结构进行研究,并全面分析构造细节如加劲肋形式对锚固区各方面的影响。经分析得到腹板内侧焊接对应于锚固板和承压板的斜向加劲肋时,螺栓容易布置;焊接竖向加劲肋时,施工方便,二者都能满足分散应力的要求。     

多工位工作岛式抛光机器人工作空间分析及布局优化

为了提高水龙头等工件的抛光效率,提高抛光精度及质量,设计了新型多工位工作岛式抛光机器人.为使该机器人结构更加紧凑,在建立抛光机器人运动学和逆运动学方程基础上,分析了该机器人的灵活加工空间,提出采用多目标的粒子群法对抛光机器人的多个布局参数进行优化分析.该方法同时对抛光机器人的2个重要布局参数进行了优化,并应用粒子群法计算该机器人抛光不同大小工件时各自由度的最大关节空间.最后通过分析抛光机器人在不同工作平面上的灵活加工点验证了优化结果的正确性.实验结果表明,优化布局后的机器人完全能满足指定工件的抛光加工需求,并有较大的加工余量,获得了较好的实验抛光效果.     

梁端加强板构造对可更换耗能梁段受力性能的影响

为了改善可更换结构体系中可更换耗能构件的受力性能,提出一种梁端端板螺栓+加强板连接构造的可更换耗能梁构件。设计并制作了2个足尺的剪切屈服型可更换耗能梁试件,对其进行拟静力反复加载试验,并采用ABAQUS软件进行有限元模拟分析,探讨梁端连接构造对可更换耗能梁破坏模式、承载力、梁端塑性应变等特征的影响。试验结果表明：试件的破坏模式为腹板-加劲肋焊缝断裂或翼缘-端板焊缝断裂,试件具有良好的承载力和耗能能力;梁端加强板构造能有效转移梁端翼缘-端板焊缝区域的塑性应变,避免构件提前发生翼缘-端板焊缝断裂,导致无法满足其变形和震后可更换需求;有限元模拟结果与试验结果吻合较好,验证了有限元模型的有效性。对5类梁端加强板构造模型进行非线性分析,结果表明,该类梁端构造均能改善梁端翼缘-端板焊缝区域应力集中现象,优化其受力特征。提出可更换耗能梁梁端端板螺栓+加强板构造的设计方法,并通过有限元模型验证了其可行性。     

薄壁加筋圆柱壳稳定性分析及优化

为了提高薄壁加筋圆柱壳的屈曲承载力,首先,对受轴压作用下的薄壁加筋圆柱壳进行了稳定性分析,在相同体积以及筋条截面尺寸固定的情况下,进行参数化建模,分析了筋条数目对失稳模态和屈曲承载力的影响;进而,以加筋圆柱壳屈曲承载力最大为目标,以纵向筋数目、蒙皮厚度以及筋条截面尺寸为设计变量,建立了加筋圆柱壳等体积下屈曲承载力最大的优化设计模型,用ANSYS APDL语言建立结构参数化分析流程,实现了结构的自动重分析,并采用遗传算法求解优化模型.结果表明:筋条数目对失稳模态和屈曲承载力有很大影响;筋条数目有一个合适的范围,加筋过少,结构的屈曲承载力低于等体积下不加筋光滑圆柱壳的屈曲承载力;加筋过多,随着筋条数目的增加,结构的屈曲承载力也呈下降趋势;通过求解优化模型,可获得最优的筋条数目及筋条截面尺寸,使圆柱壳的屈曲承载力得到显著提高.     

应变能约束下多随机参数连续体结构的拓扑优化

研究几何和物理参数均为随机变量的平面连续体结构在结构总应变能约束下的拓扑优化设计问题．以结构总质量均值最小化为目标函数,以结构的形状拓扑信息为设计变量,以结构总应变能概率可靠性指标为约束条件,构建了随机结构的拓扑优化设计数学模型．利用代数综合法,导出了应变能响应的均值和均方差的计算表达式．采用双方向渐进结构优化的求解策略．通过两个算例验证了本模型及求解策略的合理性和有效性．     

预应力索-桁架结构拓扑优化设计

对包括索力值、构件截面尺寸和结构拓扑的预应力索-桁架结构优化设计进行研究.以应力为约束条件,建立以结构质量为目标函数的数学模型.在求解方法上,首先建立求解索力值和构件截面尺寸的线性规划模型;证明了在每个迭代步中,该模型的最优解至少使得1个构件截面尺寸为零,并通过删除零力杆实现结构的拓扑优化设计.算例结果与相应体系理论相吻合,表明本文所提出的方法有效,可为预应力索-桁架结构提供合理的布局.