基于遗传算法的地铁车顶动态拓扑优化

优化理论已在机械结构设计中得到广泛应用，它包括尺寸优化、形状优化和拓扑优化。结构拓扑优化设计是结构初始方案设计最重要方法。采用遗传算法对地铁车顶进行结构动力学拓扑优化，结果表明该方法可以提高地铁车顶的动态特性，为整车新结构设计提供理论设计基础。     

刚架与板组合结构动力学形状优化研究

针对刚架与板组合结构动力学形状优化问题,提出一套联合运用序列二次规划 法、ＢＦＧＳ变尺度法及二次插值技术（一维搜索）,将约束优化问题转化为无约束序 列优化问题,得到了满意的结果。算例表明本文所述方法对刚架与板组合结构的有 效性,显示了算法的工程实用性,并能够推广到其它复杂结构的动力学形状优化问 题中去。     

结构动力学设计优化方法的新进展

阐述结构动力学优化设计的研究背景和意义。根据实践,扼要介绍近十年作者在结构动力学设计研究方面取得的若干新近展,内容包括,随机激励下以均方响应为约束的设计方法、结构动力学形状优化、结构动力学拓扑优化、动力学设计约束的性质和解的存在性以及结构／控制一体化优化设计,并对进一步的研究工作做简要展望。     

压力容器平封头在内压作用下的形状优化

本文研究了压力容器平封头在内压作用下的形状优化问题，优化目标是尽可能降低结构的应力集中，以提高疲劳寿命，响应分析采用有限单元数值解，优化方法采用递归二次规划方法，文中对常见平封头形式进行了形状优化，并对结果进行了分析和讨论。     

基于权重灵敏度分析的结构形状等几何优化方法

提出了基于权重灵敏度分析的等几何形状优化方法。在推导权重灵敏度的基础上，提出了两种形状优化方式，一种是将NURBS控制点和权重同时作为设计变量的全局形状优化，另一种是基于尺寸优化结果再进行权重优化的局部形状优化。通过实例对上述两种形状优化方法的可行性进行了验证，研究结果表明：当结构需要圆锥曲线表达形状时，所提方法能得到更为精确的优化结果。     

惯性系统三轴测试转台内框形状优化设计

建立了惯性系统三轴测试转台内框形状优化模型和结构分析模型，采用连续体形状优化的罚函数方法进行优化设计。优化结果与理论分析一致，最优内框形状和国外转台形状相似。     

散乱数据点三角网格综合优化及分析

研究了在散乱数据点的三角网格划分后，对三角网格进行三角形形状和网格空间形状综合优化的方法，并结合应用实例进行优化效果分析。分析结果表明，通过对这种综合优化方法可同时获得三角形形状和网格空间形状都很好的网格拓扑结构。     

基于可靠性分析及频率约束的结构优化

对基于结构可靠性分析的结构优化作了简短评述。在此基础上，引入结构动特性的主要指标之一的结构固有频率，提出了一种新的结构优化形式。这种形式实质上是将可靠性优化与动力学优化有机地结合起来。本文算例表明，这种方法是可行的。     

考虑结构非线性特征的参数化形状优化方法

提出并实现一种将参数化设计技术应用于考虑结构非线性特征的形状优化设计领域的新方法。参数化设计技术是近年来发展起来的新一代CAD软件平台的核心技术之一。文中基于三维参数化CAD平台，将参数化设计技术、有限元建模技术与有限元分析优化系统集成为参数化的形状优化系统；引入非线性分析技术，以解决工程上大量存在的非线性形状优化问题。该方法克服了以往形状优化方法应用于三维实体结构时所面临的几何形状描述、约束与驱动的困难，为机械产品三维结构优化设计提供一个新途径。     

基于摩擦学特性相似的关节式曲柄连杆机构研究

根据关节式曲柄连杆机构独特的运动学、动力学规律，利用UG软件所提供的表达式、规律曲线和优化等模块，给出使主、副气缸的摩擦学特性尽量保持一致的最件结构参数，并以仿真曲线的方式再现了运动学和动力学特性的变化规律。结果表明：优化结果跟现行许多发动机采用的参数比较吻合，特性曲线的形状也非常一致，主、副气缸的运动学和动力学性能在5％的差异下保持一致；具有主、副气缸运动学上最大相似性的结构参数，可使得主、副气缸的摩擦力和扭矩尽量一致及平稳性更好。     

基于深度学习的传感器优化布置方法

针对传感器优化布置(optimal sensor placement,简称OSP)问题,提出了一种新的使用深度神经网络的解决方案,并以简化的桥梁形状的桁架结构中的振动测试传感器优化为例进行了验证。首先,选择一种传统的传感器优化布置方法,对自动化生成的大量不同的桁架结构分别进行传感器优化布置计算,将所得优化布置结果在进行数据预处理后构建出深度学习方法所需要的训练集与验证集;其次,使用Python语言和深度学习框架TensorFlow设计实现与本研究问题适配的深度神经网络模型并训练;然后,随机生成了新的桁架结构参数;最后,将深度神经网络输出的传感器布置结果和传统方法的计算结果进行了比较,验证了本研究方法的有效性以及在速度上、可移植性与可扩展性方面的性能优势。     

冗余度四面体变几何桁架机器人的动力学规划

对冗余度机器人的运动学和动力学优化问题分别进行了分析,建立了运动学和动力学综合优化的逆动力学方程;解决了关节速度最小范数和最小关节力矩解之间的矛盾,从而在运动中避免了关节运动速度超限,克服了在末端运动结束后机器人关节的自运动问题。     

空间杆系结构布局优化的能量法

杆系结构作为航天器的支承结构,已经被广泛地应用于各类天线展开机构中。杆系结构的构型设计对航天器整体构架性能是至关重要的。从能量的观点,采用满应力设计方法,对空间多自由度杆系结构进行了布局优化研究,通过对不同构型优化结果的分析比较,提出了空间杆系结构布局优化原则,对高效率杆系方案的选取和设计具有指导意义。     

基于响应面法的桥梁主桁架结构优化设计

对复杂结构进行优化设计和可靠性设计时,利用传统的设计方法可能会遇到计算量太大的困难,应用响应面法是有效地解决该问题的途径之一.文中将响应面法和有限元技术相结合,建立了桥梁主桁架的挠度、弯曲应力与结构尺寸的函数表达式,继而对主桁架进行了结构优化设计,最后对优化结果进行了有限元分析和验证.设计计算结果表明,对于桁架结构设计这类问题,响应面优化设计具有很好的应用价值.     

基于有限元分析的结构优化设计方法

提出了利用ANSYS优化分析功能对结构进行优化分析的方法，通过十杆桁架的优化分析介绍了用有限单元法解决实际问题，实现优化设计的全过程，说明了用ANSYS优化分析功能实现结构优化分析的可行性，从而为其它复杂结构的优化分析提供了新的方法和科学依据。     

Multivariate Rational Response Surface Approximation of Nodal Displacements of Truss Structures

Polynomial-basis response surface method has some shortcomings for truss structures in structural optimization,concluding the low fitting accuracy and the great computational effort. Based on the theory of approximation, a response surface method based on Multivariate Rational Function basis(MRRSM) is proposed. In order to further reduce the computational workload of MRRSM, focusing on the law between the cross-sectional area and the nodal displacements of truss structure, a conjecture that the determinant of the stiffness matrix and the corresponding elements of adjoint matrix involved in displacement determination are polynomials with the same order as their respective matrices, each term of which is the product of cross-sectional areas, is proposed. The conjecture is proved theoretically for statically determinate truss structure, and is shown corrected by a large number of statically indeterminate truss structures. The theoretical analysis and a large number of numerical examples show that MRRSM has a high fitting accuracy and less computational effort. Efficiency of the structural optimization of truss structures would be enhanced.     

Optimal Placement of Active Members in Truss Adaptive Structures

The mathematical model of optimal placement of active members in truss adaptive structures is essentially a nonlinear multi-objective optimization problem with mixed variables,it is usually much difficult and costly to be solved.In this paper,the optimal location of active members is treated in terms of(0,1)discrete variables.Structural member sizes,control gains,and(0,1)placement variables are treated simultaneously as design variables.Then,a succinct and reasonable compromise scalar model,which is transformed from original multi-objective optimization,is established,in which the(0,1)discrete variables are converted into an equality constraint.Secondly,by penalty function approach,the subsequent scalar mixed variable compromise model can be formulated equivalently as a sequence of continuous variable problems.Thirdly,for each continuous problem in the sequence,by choosing intermediate design variables and temporary critical constraints,the approximation concept is carried out to generate a sequence of explicit approximate problems which enhance the quality of the approximate design problems.Considering the proposed method,a FORTRAN program OPAMTAS2.0 for optimal placement of active members in truss adaptive structures is developed,which is used by the constrained variable metric method with the watchdog technique(CVMW method).Finally,a typical 18 bar truss adaptive structure as test numerical examples is presented to illustrate that the design methodology set forth is simple,feasible,efficient and stable.The established scalar mixed variable compromise model that can avoid the ill-conditioned possibility caused by the different orders of magnitude of various objective functions in optimization process,therefore,it enables the optimization algorithm to have a good stability.On the other hand,the proposed novel optimization technique can make both discrete and continuous variables be optimized simultaneously.     

Trajectory Tracking of a Planer Parallel Manipulator by Using Computed Force Control Method

Despite small workspace, parallel manipulators have some advantages over their serial counterparts in terms of higher speed, acceleration, rigidity, accuracy,manufacturing cost and payload. Accordingly, this type of manipulators can be used in many applications such as in high-speed machine tools, tuning machine for feeding,sensitive cutting, assembly and packaging. This paper presents a special type of planar parallel manipulator with three degrees of freedom. It is constructed as a variable geometry truss generally known planar Stewart platform.The reachable and orientation workspaces are obtained for this manipulator. The inverse kinematic analysis is solved for the trajectory tracking according to the redundancy and joint limit avoidance. Then, the dynamics model of the manipulator is established by using Virtual Work method.The simulations are performed to follow the given planar trajectories by using the dynamic equations of the variable geometry truss manipulator and computed force control method. In computed force control method, the feedback gain matrices for PD control are tuned with fixed matrices by trail end error and variable ones by means of optimization with genetic algorithm.     

一种面向产品族设计的二级优化方法

应用模块化和产品平台的思想是企业设计和开发产品族(系列)的重要策略。本文提出一种可用于产品族设计的二级优化方法。该优化方法将产品族设计优化分为二个层次:产品平台优化层次和专用模块的优化层次。为了提高这种优化方法的可靠性和减少计算量,在二级优化基本框架基础上引入了代理模型技术。将二级优化方法应用于桁架族优化设计算例,计算结果表明:基于代理模型的二级优化方法能成功地解决桁架族优化设计问题,具有很好的可靠性,而且能有效地减少产品族优化设计中计算量。     

压电智能桁架随机动力特性研究

压电智能结构在航天、航空工程获得了广泛应用。但其在随机荷载作用下的动力特性研究目前还很薄弱,以往计算方法的复杂性是造成这一状况的重要原因。本文应用虚功原理建立机电耦合智能桁架结构动力有限元方程,并基于虚拟激励原理提出系统受平稳/非平稳随机激励动力响应的高效算法,该方法自动包含了全部参振振型之间的互相关项及全部随机激励之间的互相关项,本质上是精确解法。应用给出的算法对15杆平面及25杆空间智能桁架进行较宽频带激励下平稳/非平稳随机振动分析,计算结果表明了算法的可靠及高效性。本文的工作为进一步进行压电智能桁架机电耦合系统随机控制打下良好的基础。