系统分解多级优化法及其在结构优化设计中的应用

提出了一种适用于大规模工程系统（如大规模结构系统）优化设计的系统分解多级优化法，该方法的核心是将原大系统的优化设计问题按等级分解成若干个子系统的优化问题，各子系统间通过行为灵敏度及优化灵敏度导数加以耦合，由于每一级的各个子系统相互隔离，故对每一级的各个子系统的分析和优化可并行处理，这一特点可望在大规模工程系统优化设计过程中提高总的计算效率，缩短设计时间，同时优化过程中所产生的行为灵敏度及优化灵敏度导数信息对设计师的定性分析具有指导意义，刚架优化设计算例表明该方法行之有效，具有良好的收敛性．     

循环对称结构静力学渐进拓扑优化设计

采用双向渐进结构优化方法(BESO)研究循环对称结构拓扑优化设计问题.循环对称结构的几何特征无法划分为均匀一致的网格,造成单元灵敏度计算结果与单元体积直接相关,不同网格剖分后的单元体积分布将导致渐进优化过程中不同的单元去除顺序,最终使得优化结果具有单元体积依赖性.针对循环对称结构的特殊性,提出灵敏度密度新概念与消除非等体积单元棋盘格现象的体积加权灵敏度密度过滤新方法,大量算例表明这是一种有效的方法,同时优化结果也充分显示子结构单胞尺寸效应对优化构型的显著影响.     

基于子结构的宏微结构协同优化方法

利用子结构自由度的缩减实现结构宏微观的一体化设计,需要预先建立不同子结构构型的样本。宏观结构优化时只能在预定的微观构型中插值,限制了结构宏微观的优化空间。结合子结构自由度缩减与反求理论,针对周期性结构的设计提出了结构的宏微观协同设计方法。利用固体各向同性材料惩罚（SIMP）方法和子结构方法,构建了基于子结构的周期性结构宏微观协同设计框架;分析了宏观结构与微观周期性单胞的材料体积变化关联关系,并给出了两个尺度上的惩罚因子、变量过滤半径等优化参数的匹配。在此基础上,结合传统的结构柔度最小优化模型,计算了设计变量在宏观结构、微观周期性结构的灵敏度值,实现了宏微结构的协同设计。通过悬臂梁结构的设计,验证了所提方法的有效性。     

利用双向渐进结构优化法对结构固有振型的优化

利用双向渐进结构优化法研究结构的固有振型优化问题，双向渐进结构优化法(bi—directional evolutionary struetural optimization，简称BESO)是一种拓扑优化方法，它基于这样一个简单的优化程序：从结构中一步步地删去对结构目标性能低效或无效的材料，同时增加对结构目标性能高效的材料，从而使材料布局趋于优化。文中分别采用近似重分析思路的方法和基于变分法推导的公式计算单元特征向量灵敏度，并简单阐述BESO法对结构固有振型(特征向量)进行拓扑优化的一般过程。数值算例表明，用该方法对结构固有振型的优化是行之有效的，且用变分法计算特征向量灵敏度进行优化较之近似重分析法效率更高。     

求解复杂结构系统动态响应的一种方法

提出求解复杂结构系统动响应的一种计算方法。推导了子结构动响应的计算公式，利用静凝聚技术将每个子结构的内部坐标凝聚到界面坐标上，根据界面协调条件，求出界面的物理量，然后回代到各个子结构计算其内部的动响应。通过这样的方法进行综合分析，便于解复杂结构系统的动响应问题。最后给出算例。     

基于RCSA的深孔内圆磨床主轴端点频响函数预测

基于响应耦合子结构分析法预测了深孔内圆磨床主轴端点的频响函数。首先对磨床主轴进行子结构划分,计算各子结构自由状态下的频响函数矩阵,然后顺序刚性耦合各子结构的频响函数矩阵,对轴承支撑点使用结构修改法修改轴承约束下的已耦合子结构频响函数矩阵,直至耦合到最后一个子结构,得到主轴端点的频响函数。以某深孔内圆磨床为研究对象,分别基于该方法和有限元法,对其主轴端点的频响函数进行预测,并对其进行实验测试。实验及分析结果表明：该方法预测精度高于有限元分析方法预测精度、计算速度快,便于深孔内圆磨床主轴系统的结构优化。     

基于子结构平均单元能量的结构动态特性优化

为了提高结构优化的可行性和高效性,提出了一种基于子结构平均单元能量的结构动态特性优化方法。从建立优化模型出发,结合结构几何特性将整体结构划分为多个准设计变量子结构,对于桁架结构来说,将每根杆作为一个子结构,对于连续结构而言,多个单元作为一个子结构,再结合结构平均单元体积应变能及平均单元动能与结构动态响应贡献的关系,将平均单元体积应变能较大的结构单元作为尺寸应该变大的子结构,平均单元动能较大的结构单元作为单元尺寸应该变小的子结构,从而确定了设计变量的合理范围。推导了平均单元能量与结构动态响应的关系,构造了结构动态特性优化模型,调用基于梯度的优化器进行迭代寻优。以124杆桁架结构为例的三类优化模型进行优化分析,并与传统优化方法从优化结果和收敛性两方面进行比较,说明了文中方法的合理性和优越性。     

结构特征灵敏度的子结构综合方法

基于固定界面子结构模态综合法及Ｎｅｌｓｏｎ法，建立了一套有子结构频率，振型灵敏度，综合结构频率，振型灵敏度的计算公式。算例表明文中公式具有计算效率和较好精度，并具有很好的工程适应性。     

弹性连杆机构灵敏度分析的子结构方法

提出了一处基于子结构综合技术的弹性连杆机构固有频率与振型灵敏度计算方法，该方法能有效地减少计算工作量，并且于分析结构设计参数变化对机构固有频率与振型的影响。     

复风度循环对称结构特征问题的等效复约束法

根据循环对称粘弹结构的循环对称性，提出了等效复约束法，使得整体循环对称粘弹结构的特征方程对各扇形子结构解耦，通过对任意一个扇形子结构的分析，就可获得整体循环对称粘弹结构的特征对。算例表明本文方法是正确可靠的，可极大地减少计算所需内存和机时，可应用于大型循环对称粘弹结构的动态特征分析。     

鱼雷螺钉联接结构可靠性稳健优化设计

将可靠性优化设计理论与可靠性灵敏度分析方法相结合,应用可靠性稳健设计优化理论方法,对鱼雷螺钉联接结构进行了可靠性稳健优化设计.给出了计算分析结果.为工程实际的机械产品的可靠性稳健优化设计提供了理论依据.     

多型腔锻造过程预锻模形状优化设计

采用刚粘塑性有限元,灵敏度分析和工程优化算法结合的方法,对一典型的多型腔齿轮坯锻件进行了预成形优化设计。通过优化预锻模具形状,可得到完全充满意型腔少无飞行的终锻件,给出了灵敏度分析的基本公式和优化迭代步骤,并提出了贮存灵敏度刚度矩阵,减小优化设计变量的方法,大大提高了程度和运行速度。     

基于ESO的约束阻尼板拓扑优化设计研究

基于渐进结构拓扑优化方法（Evolution Structural Optimization，ESO），以阻尼材料用量为约束条件、模态损耗因子最大化为目标函数，研究了约束阻尼板结构的拓扑优化设计问题，推导了灵敏度分析公式，给出了阻尼结构拓扑优化设计方法，得到了在一定阻尼材料用量下约束阻尼板结构的模态损耗因子最大的拓扑构形。该方法对于阻尼结构的优化设计有一定的意义，具有较强的工程实用性。     

基于均匀化理论的微小型柔性结构拓扑优化的敏度分析

介绍微小型柔性结构在ＭＥＭＳ中的应用前景及连续体结构拓扑优化的一般方法。在此基础上探讨利用均匀化理论,有限元及伴随变量法计算连续体结构拓扑优化敏度应的方法,并取得较为理想的数值计算结果。     

具有某阶频率约束的试验架设计

为了避开试验架的加载设备的激振频率与试验架的某一阶固有频率耦合，提高试验系统工作的可靠性、安全性和动态性能，针对试验架的结构特点，对试验架建立了具有某阶固有频率约束、以重量最小化为目标函数的优化模型。通过有限元建模、灵敏度分析和采用逐次线性规划求解优化问题，对试验架的主要构件的截面参数进行了优化。结果表明，该方法具有简单、收敛快，具有一定的工程价值。     

控制变形力的锻造预成形优化设计研究

以刚黏塑性有限元为基础,采用基于灵敏度分析的正向模拟优化法,以直接设计预成形模具形状为目标,提出并建立了一种控制变形力的灵敏度分析理论和模具形状优化设计方法。给出了目标函数的表达形式,确定了优化设计变量,推导了目标函数对优化设计变量的灵敏度,利用FORTRAN语言开发了变形力预成形优化设计程序,并对一平面应变变形的H形锻件进行了预成形优化设计,得到了目标函数及终锻件Y向应力分布随优化迭代次数的变化情况。     

柔性机构拓扑优化设计研究

介绍了柔性机构拓扑设计现状,讨论了柔性拓扑优化设计模型的建立,非线性求解技术和伴随矩阵敏度分析技术,并给出简单的算例说明算法的可行性.最后指出了机构拓扑优化设计的发展方向、需要解决的问题以及可能解决的方案等.     

基于均值1阶Esscher近似的可靠性稳健设计

将均值1阶Esscher近似可靠性分析方法、灵敏度分析技术及稳健设计方法相结合,提出了一种新的可靠性稳健设计方法,即基于均值1阶Esscher近似可靠性的稳健优化设计。可靠性稳健设计方法将质量和灵敏度作为目标,可靠度作为约束,最终归结为一个多目标优化问题。均值1阶Esscher近似可靠性方法适用于基本随机变量是正态或非正态、连续或独立的失效概率的计算,但要求这些随机变量相互独立,有矩母函数,并且极限状态函数具有显示表达式。因此,提出的可靠性稳健设计方法对于含非正态变量的稳健优化设计问题具有较高的计算精度。     

考虑几何非线性的结构形状优化灵敏度分析

基于非线性增量有限元理论,给出了全拉格朗日描述下的空间结构优化设计有限元刚度表达式,导出了考虑几何非线性项的结构形状优化位移灵敏度和应力灵敏度的计算公式,并通过数值算例验证了公式的正确性和有效性,同时表明灵敏度分析中,考虑几何非线性项将显著提高优化设计的效率和精度。