基于无网格方法的钢结构构件优化模拟分析

对基于无网格方法的钢结构构件进行了拓扑优化设计模拟分析的研究.以钢构件虚密度作为设计变量,引入势阱函数,构造以钢结构构件的柔度和势阱函数作为优化的目标函数.同时显式表达虚密度与材料弹性模量之间的对应关系,并通过引入势阱函数,使中间密度值向0/1两端聚集.在无网格法框架下进行了灵敏度分析,采用了序列二次规划法(SQP)作为优化算法进行了优化,验证了无网格法框架下进行钢结构构件优化模拟分析的可行性.     

钢框架非线性分析的无网格法研究

以钢框架结构为研究对象,针对影响钢结构承载力的几何非线性和连接非线性因素,引入无网格法进行分析.首先,应用非线性连续介质力学的有限变形理论和无网格伽辽金法,建立了梁柱几何非线性刚度矩阵.然后,针对半刚性钢框架,建立了无网格法与有限元法耦合的分析方法.通过一榀典型的半刚性钢框架几何非线性分析,验证了本文方法的实用性和可靠性.     

基于偶应力理论的层状岩体无网格数值模拟

采用偶应力理论描述了层状岩体的特殊本构反应,应用无网格法对层状岩体进行了数值模拟。由于用移动最小二乘近似构造的形函数具有高阶连续特征,应变和曲率可直接由节点位移插值,进而可以方便地建立无网格数值计算框架。对层状岩体地下洞室进行了数值模拟,研究了基于偶应力的无网格法在层状岩体数值模拟中的应用效果,并对尺度因子的影响规律进行了分析。     

罚函数优化方法在钢结构疲劳设计中的应用

针对我国现行GB50017—2002《钢结构设计规范》中规定的对承受动力荷载重复作用的钢结构构件及其连接进行疲劳设计的要求，采用罚函数方法SUMT(Sequential Unconstrained Minimization Technique)选择构件截面积最小的目标函数对钢结构进行优化设计，并且结合大型工具软件MATLAB编写了在满足强度、疲劳寿命等条件下的优化程序进行构件截面积最小设计的实例计算。     

进化谱分算法检测动态网络社团结构

为有效地检测动态复杂网络中的社团结构,在进化时间平滑框架下对模块函数及模块密度函数进行了优化．通过两种函数的优化进程,论证了模块函数及模块密度函数可在进化框架下作为进化谱分聚类方法检测动态网络中社团结构的理论基础,在此理论基础上提出了检测动态网络社团结构的进化谱分算法．在计算机合成的动态网络及真实世界动态网络中,检验了该算法的合理性及准确性并与其他方法进行了比较．实验结果显示,这种新的算法仍有很高的准确性．     

基于复形法的钢框架结构多目标多层次优化设计

以钢框架结构为研究对象,在钢框架设计理论及结构优化理论的基础上,以惯性矩为设计变量,构建反映结构抗震性能的总应变能最大化和反映结构造价的总用钢量最小化的多目标优化函数,通过改变加权系数调整结构应变能和结构用钢量在优化中的重要性程度,基于复形法思想借助Matlab编程进行结构层次优化设计,得到不同加权系数下优化后的结构应变能和结构用钢量。在此基础上,将构件惯性矩作为定值,以构件截面参数为设计变量,借助Lingo优化软件对钢结构构件进行优化设计,得到最优截面参数。与传统设计结果相比,优化后的结果不仅降低了结构用钢量,结构性能也得到了提升。     

塔式起重机钢结构损伤诊断试验研究

对塔机进行损伤监测,可以及时发现塔机存在的安全隐患,提高塔机运行的可靠性。文章基于塔机主要的钢结构构件—标准节用主弦杆损伤诊断的试验研究,利用连接高强螺栓松动程度的不同模拟结构的损伤状态,获取结构相应位置的应变数据和水平倾角位移数据,并对实验数据进行比较和分析,阐明了塔式起重机钢结构损伤的特征及诊断方法。结果表明:应变特征值能够较好地反应出结构的损伤情况;当以水平倾角变化率作为特征输入量,用Gauss径向基核函数作为支持向量机核函数进行损伤识别,判断正确率最高可达到88.5%,用位移变化率作为支持向量机的特征输入量,能够实现塔机钢结构的损伤诊断。     

基于集中损伤力学的钢筋混凝土框架结构非线性分析

连续体模型适用于一些相对简单的结构,对于许多工程结构分析来说,连续介质力学并没有提供适宜的理论框架.介绍了采用集中损伤力学方法进行钢筋混凝土框架结构非线性分析的基本框架.该方法可用于描述混凝土开裂导致构件刚度退化等不可逆过程.对于构件端部的非弹性铰,使用了半耦合的损伤函数与屈服函数.通过编制的非线性有限元程序分别对反复荷载作用下梁柱节点及两构件框架结构的受力性能进行数值模拟,计算结果与试验数据吻合较好.     

自然火灾中钢结构构件温度场模拟

在既有一榀框架受火实验的基础上,建立了该实验框架的精确有限元模型。通过与试验结果对比,获得了较好的温度场模拟结果。从结构抗火设计实际需要的角度出发,探究不同火灾发展因素对构件升温的影响,使用ABAQUS模拟多种参数化火灾模型下构件温度场分布。研究表明：有限元软件ABAQUS能够获得较精确的温度场分布;考虑多种随机性参数更有利于钢结构抗火工程。     

基于薄壁结构理论的三维空间钢结构整体稳定跟踪分析

从三维空间钢结构的整体稳定分析要求出发，基于更新的Lagrange构形虚位移原理，本文推导了一种新型的三维空间薄壁构件切线单元刚度矩阵，推导中考虑了截面翘曲的影响，对于拉、压、弯构件，分别取其微分方程的解作为形函数，并编制了相应的非线性分析计算程序(XJDAAST-HB)，该程序可以用来进行三维空间钢结构的整体稳定分析，也可以用来进行三维空间钢结构的荷载-位移曲线跟踪分析。经算例比较，表明了该方法的有效性和对钢结构整体稳定分析的适用性。     

直驱双摆角铣头支架的拓扑优化设计

以变密度法作为理论基础,运用ANSYS工具提供的结构拓扑优化模块,进行直驱双摆角铣头的关键零部件的连续体结构拓扑优化.然后根据拓扑优化结果对其进行结构的近似修改,再分析直到达到设计要求.在刚度基本保持不变情况下,优化后的体积比原设计体积大大减小.     

基于ANSYS平台的连续体渐进结构优化设计及其应用

基于ANSYS分析软件平台,在传统的渐进结构优化（ESO）思想的基础上,依据对结构位移灵敏度的分析,较严格地导出了结构的应力灵敏度;并根据荷载的最优传递路线概念提出了一种具有应力约束连续体结构拓扑优化的单元删除策略,从而使得在结构拓扑优化的迭代过程中,最大应力的变化尽可能小,且最优结构所对应的最大应力能控制在容许应力范围之内。若干工程算例的优化结果表明,该方法在结构优化目标质量最轻的前提下计算效率相对较高,且优化结果与工程实际要求较吻合,同时也从数值上验证了该方法的可行性和有效性。     

连续体结构屈曲约束下拓扑优化的ICM方法

用独立、连续、映射(ICM)方法解决具有屈曲约束的连续体拓扑优化问题．引入独立、连续的拓扑变量,建立以质量为目标,屈曲临界力为约束的连续体结构拓扑优化模型．借助Taylor expansion将目标函数作二阶近似展开;借助Rayleigh’s quotient,Taylor expansion,过滤函数将约束化为近似显函数,减少了灵敏度的计算量将优化模型用对偶规划方法求解,减少了设计变量的数目,缩小了模型的求解规模,得到较为理想的拓扑优化结果．算例表明,ICM方法在屈曲约束的连续体结构拓扑优化中可行性好、效率较高．     

注塑机后模板顺序优化设计研究

为了有效地降低注塑机模板的重量，提出了从高层次拓扑优化到底层次参数化优化的顺序优化设计方法.该方法基于拓扑优化设计以及参数化优化设计理论，运用密度方法建立结构的拓扑优化数学模型，用优化准则(OC)法对拓扑优化问题进行求解，运用敏度过滤技术解决棋盘格式和网格依赖问题.对拓扑优化得到的模型进行规整，并采用基于连续非约束最小化技术(SUMT)的子问题近似法, 对规整后的模型进行参数化优化，得到最终的顺序优化模型.研究结果表明，与原有的后模板模型相比，用该顺序优化方法得到的后模板模型的刚度和强度均有提高，体积明显减少.     

基于连续体拓扑优化的大型基座轻量化设计

拓扑优化设计能在给定约束和边界条件下,获得最优的材料布局。研究了连续体结构拓扑优化在大型基座轻量化设计中的应用。介绍了连续体拓扑优化原理,建立了拓扑优化的数学模型;对某大型经纬仪的基座进行连续体拓扑优化设计,获得基座的最优材料分布结果;以拓扑优化结果呈现的材料分布特征为依据,用空心方钢管构建桁架结构基座,完成轻量化基座的设计;对设计结果进行有限元分析,结果表明,轻量化基座与传统铸造结构基座相比,在保证静力载荷变形不变的情况下,可减重357.4kg,轻量化率为27.8%。     

电动汽车动力电池仓拓扑优化

提出基于拓扑优化的动力电池仓结构设计方法。在拓扑优化建模中,采用基于SIMP插值函数的变密度拓扑优化方法。对某型电动汽车动力电池仓进行拓扑优化设计中考虑结构可制造性等因素,构建了优化型的电池仓结构模型;利用有限元技术对新型结构与传统结构进行对比分析,保证结构方案的可靠性。通过控制最小尺寸和网格尺寸可以有效避免拓扑优化中数值不稳定现象的出现;在满足强度要求的前提下,能够实现的新结构质量较传统型的质量有较大幅度的减少,且应力分布更加均匀,有效实现等强度结构设计。     

基于Von Mises应力的预应力钢结构拓扑优化设计

为预应力钢结构设计获得最优拓扑构型和索力值,以结构拓扑和索力值为设计变量,以Von Mises应力为约束条件,建立了以结构质量最小为目标函数的数学优化模型.在求解方法上,首先以结构储存应变能最小(刚度最大)确定施加在结构上的索力值,然后采用渐进结构优化法删除低Von Mises应力单元实现结构的拓扑优化以减轻结构质量.算例结果与相应体系受力性能相吻合.     

高速逆流色谱仪行星架结构设计与拓扑优化

针对大容量高速逆流色谱仪技术研究与开发,以得到高效、快速、制备量大的分离效果,创新设计了高速逆流色谱仪行星架结构。以仿真软件HyperWorks为平台,建立有限元模型,进行静力学分析及模态分析,验证了设计的合理性及实用性。再基于变密度法中的SIMP插值模型,利用折衷规划法建立了多目标函数的数学模型,对行星架进行结构拓扑优化,寻求材料更合理的分布,并得到了优化结构。在优化结果的基础上重新设计新行星架,再次进行仿真分析,确保结构的可靠性。研究表明：优化后的行星架在各项性能都能满足要求,并且质量降低了13.1%,得到比原始结构更加优良的设计结构。     

基频约束的框架结构拓扑优化

目前考虑频率约束的拓扑优化主要集中在连续体结构,以框架结构为研究对象的较少,为了得到满足频率约束的最优框架拓扑结构,需要对满足频率约束的框架结构拓扑优化进行研究.基于独立连续映射(independent,continuous and mapping,ICM)方法,将0-1型离散拓扑变量转化为[0,1]区间上的连续变量,建立了以重量最小为目标、基频为约束的框架结构拓扑优化模型.在对框架结构频率约束进行性态研究的基础上,引入2组不同的幂函数作为过滤函数,将频率约束近似显式化.将目标和约束均表示为拓扑变量的一阶泰勒展开式,建立线性规划模型,采用运动极限控制拓扑变量步长,避免迭代震荡,保证优化精度.数值算例表明:基于ICM方法的线性规划模型可高效解决基频约束下的框架结构拓扑优化问题.     

Robust Topology Optimization of Vehicle Suspension Control Arm

A robust topology optimization design framework is developed to solve lightweight structural design problems under uncertain conditions. To enhance the calculation accuracy and flexibility of the statistical moments of robust analysis, number theory integral method is applied to sample point selection and weight assignment. Both the structure topology optimization and number theory integral methods are combined to form a new robust topology optimization method. A suspension control arm problem is provided as a demonstration of robust topology optimization methods under loading uncertainties. Based on the results of deterministic and robust topology optimization, it is demonstrated that the proposed robust topology optimization method can produce a more robust design than that obtained by deterministic topology optimization. It is also found that this new approach is easy to apply in the existing commercial topology optimization software and thus feasible in practical engineering problems.