一种环柱天线的索网结构设计与分析方法

为了解决环柱天线复杂索网结构的网面和预应力设计难题,根据环柱天线结构组成确定了环柱天线索网的几何构型。考虑到索网结构中索段数目即变量个数和种类较多,将索网结构分为前、后索网两部分分别进行预应力设计。根据前索网对称特性进行变量归并,采用力密度法计算前索网预应力分布,完成部分索网节点坐标修正。根据前索网预应力由节点力平衡方程获得其余索网预应力。利用有限元软件对设计结果进行验证,仿真结果显示,采用所述方法设计的网面具有较高的精度,索网结构设计方法是有效的。     

大型构架式索网反射面天线机电集成设计

为了尽可能减少构架式索网反射面天线各模块间的缝隙对天线电性能的不利影响,以各模块中索网边界的垂跨比为设计变量,以天线电性能和索网力学性能为设计目标,建立双目标机电集成优化数学模型.采用加权系数法,将优化模型转化为单目标问题,利用粒子群算法对优化模型进行求解.以设计某7 m口径构架式天线为例,在保证索网力学性能的基础上,实现了天线电性能的最优化,证明了该机电集成设计方法的可行性与有效性.     

一种等张力空间索网结构找形方法

为设计出质量小、结构稳定的空间索网天线结构,给出了一种等张力索网结构找形的坐标迭代算法.将索网上的各节点看做只能在理想反射面上移动的点,并规定各段绳索中的张力是恒定的.各节点在合力的作用下运动,当作用在各节点上的合力逐渐减为零时,索网结构到达一种平衡状态,根据这一平衡状态可求出各段绳索的无应力长度.使用该算法对环形桁架索网天线计算模型进行了找形计算,并使用有限元法对找形得到的平衡状态进行验证,证明了该算法的正确性和可行性.同时将找形结果与极小范数法、等力密度这两种找形算法的结果进行了比较分析.分析结果表明,使用等张力找形算法得到的索网结构绳索张力的均匀性最好.文中所提的等张力找形算法可用于空间索网结构的找形.     

基于改进ACO与PSO算法的结构可靠度分析

针对基本蚁群算法的过早收敛问题,引入信息熵,通过优化参数 ,对基本蚁群算法进行改进,进而寻找结构的最短失效路径。从可靠指标的几何意义出发, 利用罚函数法, 将结构可靠指标的求解问题转化成相应的无约束优化问题,采用粒子群算法对结构可靠指标进行求解计算。以十杆桁架为例,采用响应面法、遗传算法与本算法对结构可靠指标进行对比计算,结果表明改进蚁群与粒子群算法的收敛速度快,计算精度高。     

非对称环形桁架索网天线预张力设计解析算法

为便于工程应用,提出一种非对称环形桁架空间索网天线预张力设计的解析算法.给出主网在与环形桁架中心线垂直的平面内平衡预张力的投影方程,再根据平面索网结构预张力优化的极小范数法计算公式求出主网绳索中的预张力;根据主网节点的张力纵向平衡方程计算出张力阵绳索预张力;将主网绳索中的预张力分别与特定的系数相乘,即可得到副网中对应绳索的预张力.分别用理论分析、非线性有限元数值仿真以及与其他索网结构预张力优化算法相比较的方式证明了所提算法的正确性、可行性和有效性.     

曹钟慧,吴兴坤（浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室,光及电磁波研究中心，浙江 杭州 310027）

针对环形桁架可展天线抛物面索网预拉力配置问题,提出了一种寻找预拉力最优配置的方法,该方法基于抛物 面索网结构的平衡矩阵奇异值分解,采用含线性不等式约束及线性等式约束的线性规划方法,寻找抛物面索网最优预拉 力配置,并对抛物面索网结构平衡矩阵的形成、奇异值分解、线性约束优化方法的数学模型、约束矩阵的集成等关键技 术进行了详细的推导说明,同时,根据理论推导编写了相应的程序,对环形桁架可展天线的3种常用抛物面索网布置形式 进行了算例分析,采用非线性有限元法对分析结果进行了验证,证明了该方法的正确性     

粒子群优化算法在天线方向图综合中的应用

针对目前粒子群优化算法在多零点低旁辫约束的阵列天线方向图综合中早熟收敛、易陷入局部板值的问题,提出了一种改进的粒子群优化算法MSPSO,在多子群、层次化的模型中采用von Neumann邻域结构,以改善收敛速度和优化精度.建立一种新的目标函数模型,对顶层和底层的子群分别采用适合其特点的适应值目标函数,平衡了算法的全局和...     

约束自适应粒子群优化算法及水厂调度

针对粒子群优化算法应用于约束优化问题时易陷入局部极小值的问题,提出了一种改进的粒子群优化算法. 该算法综合了约束优化问题的目标函数值和约束函数的违反度值作为粒子群优化算法的双适应度值, 采用了双适应值动态判断粒子群优化算法中粒子的优劣. 违反度值的计算引入了自适应加权系数,相应地提出了调整各权系数的自适应策略, 并改进了粒子群优化算法的粒子竞争选择策略,拓展了粒子群优化算法的单适应值的应用范围.应用约束自适应粒子群优化算法实现了城市水厂的节能优化调度. 结果表明, 该算法收敛速度快且结果可靠. 粒子群优化算法为解决工程约束优化问题提供了一条可行途径.     

基于Lagrange乘子法的一种新型改进粒子群优化算法

社会和生产实践中抽象出来的模型一般为非线性约束优化,而约束优化一般很难直接求解.首先,我们通过引进增广lagrange乘子法,将约束优化转化为有界约束优化,然后引入粒子群优化算法来进行求解,并且我们提出来一种嵌入了最速下降法的改进粒子群优化算法,以此来解决标准粒子群算法中收敛速度慢和精度低的问题,提高了搜索的效率,特别是局部搜索的效率.改进算法有效地结合了粒子群优化算法比较强的全局搜索能力和最速下降法的精细快速的局部搜索能力,相比于标准粒子群优化算法,克服了收敛速度慢的特点.数值实验表明,通过改进的粒子群优化算法可以找到所求优化问题的全局最优解.     

粒子群算法在阵列天线方向图综合中的应用

针对目前粒子群优化算法在多零点低旁瓣约束的阵列天线方向图综合中早熟收敛、易陷入局部极值的问题,融合混沌优化算法和粒子群优化算法的优点,提出了一种新的混合优化算法.当种群进化停滞时,新算法在种群最优位置的邻域内进行混沌搜索以寻找更优解,其混沌搜索范围可自适应地调整.新的种群最优位置在更新其每一维分量时,选取不同的粒子作为学习对象,提高了粒子的多样性.将此算法应用于阵列天线方向图综合中,能有效地生成多零陷,并抑制旁瓣.     

环形桁架可展天线抛物面索网的预拉力优化

针对环形桁架可展天线抛物面索网预拉力配置问题,提出了一种寻找预拉力最优配置的方法,该方法基于抛物面索网结构的平衡矩阵奇异值分解,采用含线性不等式约束及线性等式约束的线性规划方法,寻找抛物面索网最优预拉力配置,并对抛物面索网结构平衡矩阵的形成、奇异值分解、线性约束优化方法的数学模型、约束矩阵的     

单层平面索网幕墙结构非线性分析

针对单层平面索网幕墙结构静力分析的特点,提出了二节点直线杆单元有限元模型。建立了非线性有限元基本方程,利用Newton—Raphson法进行计算,编写了相应的有限元程序。结合实例对索网结构的位移和应力进行了计算分析,并与ANSYS软件计算结果进行了对比,二者吻合较好。分析结果表明此单元模型有较好的精度,能适用于单层平面索网幕墙结构的非线性分析。     

索网张力结构的张拉控制及多目标优化计算

为优化索网张力结构的分批张拉顺序,基于小生境遗传算法,提出一种以施工张拉过程最为平稳及施加的张拉控制力总和最小为目标的优化算法.该算法将每根索所在的张拉批次作为决策变量,采用实数编码方式以满足编码空间的非冗余性,通过目标函数罚中附加函数项的形式考虑约束条件.针对遗传算法自身存在的收敛性问题,在进化过程中采取了自适应遗传算子,引入了改进的最优个体保存策略.以一个索网张力结构施工分批张拉顺序的优化为例,验证了该优化算法的合理性.     

索网式天线结构预拉力优化的新方法

建立了某天线索网结构的计算模型,提出了其预拉力优化配置的一种新方法．该方法结合索网结构的对称特性以及在水平投影面内网面内部网格均为正三角形的结构特点,从前索网面在水平面内的力平衡方程出发,以网面内部索段的最大拉力比最小为设计目标,将索网结构预拉力优化配置问题转化为受不等式约束的两变量优化问题,求得了前索网面中各索段在投影面内的预拉力分量;以此为基础,得到了索网结构中各索段的预拉力值．以预拉力优化结果为输入条件,进行了索网结构的有限元仿真分析,结果表明,索网结构的网面设计精度达到了纳米量级,网面内部索段的最大拉力比为1.40,验证了该方法的正确性及有效性．     

空间薄膜天线索膜结构建模与形状优化

针对空间平面薄膜天线,提出一种索膜边界建模及形状优化方法．首先,基于索膜结构在受张力作用时边界处悬索与薄膜存在滑动的特点,提出一种非线性有限元建模方法;其次,将索膜边界视为B样条曲线,并以曲线控制点位移作为设计变量,通过优化结构实际应力与工程参考应力间的偏差,实现了对薄膜在任意初始边界下的形状优化; 最后,通过数值算例与实验验证说明了方法的有效性．     

玻璃及节点约束对单层索网承载性能的影响

点支式玻璃幕墙单层索网体系中,玻璃通过连接件和索网结构相连,参与支承结构的受力,本文利用ANSYS有限元软件建立玻璃和索网共同工作的模型,研究玻璃刚度及节点约束对单层索网承载性能的影响,并结合相关试验和计算结果对有限元计算模型进行验证.结果表明:考虑玻璃作用降低了索网幕墙的位移和索力,对索网承载性能有利;节点约束能力越强,玻璃的贡献越大.     

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.     

应力约束下预应力钢桁架离散变量优化设计

对影响预应力钢桁架优化设计的2类变量,包括连续的索力值和离散的截面尺寸进行研究.建立了以应力和结构质量为约束条件、以最小化结构应变能为目标函数的数学优化模型.以杆件在预应力和外荷载共同作用下储存应变能最小确定施加在索上的预拉力.计算构件由于尺寸改变引起结构质量变化和应变能变化之比的相对差商,以此确定搜索方向.应用渐进结构优化法逐步调整构件截面尺寸,循环迭代,直至索力值和截面尺寸达到最优.算例与预应力钢结构理论结果相吻合,可为预应力钢结构工程设计提供最优的索力值和型钢的选择.