空间网格结构的多参数优化设计

空间网格结构优化的设计参数很多,如结构高度、网格数、构件截面尺寸等.这些参数的量级或量纲不同,优化比较困难.运用改进的遗传算法进行空间网格结构的形状和截面优化,考虑了结构变形、压杆稳定、长细比等约束条件.采用拉格朗日乘子法对约束条件和优化函数进行处理.得到用于分析的无约束函数,提高遗传算法的运行效率.使用MATLAB遗传算法工具箱提供的函数编制了包含连续、不连续实数变量和整数变量的混合变量编码的结构优化程序.箅例分析表明,程序可靠.算法收敛较快.     

网格结构减震控制中的粘弹性阻尼器参数优化

依据性价比思想，从网格结构的节点位移、加速度和杆件轴力等角度，提出多种优化目标函数，并建立相应的优化数学模型，选用非线性规划中的复形法，编制了相应的优化分析程序，对粘弹性阻尼器在网格结构减震控制中的参数优化进行了分析研究。结果表明，采用复形法进行阻尼器参数优化达到了预期的目标，实现了目标函数最小化。     

空间网格结构优化设计的模糊判决方法研究

在空间网格结构的优化设计过程中,必然会遇到大量的不确定性信息和因素,而且往往要考虑多个目标函数,而各个目标之间存在矛盾及各目标的解具有冲突性,多目标优化问题要求各个目标函数都达到最优一般很难．本在经典模糊判决法的基础上,提出了四种改进的模糊判决法,并利用隶属函数建立模糊优化数学模型转化为非模糊的单目标优化模型,从而可以使用普通优化程序得到模糊优化解．最后,通过二十五杆塔架的数值例题来说明本方法的求解过程并验证了其模糊判决方法的有效性和可行性．     

基于ALGOR FEAS进行网格结构的优化设计

本文介绍了基于有限元分析的结构优化设计方法 ,解决了结构分析程序ALGORFEAS与优化算法的接口问题 ,研制了网格结构优化设计软件     

通过模型升级确定球节点的非线性性能

脱离整体结构单独研究球节点,并不能真正反映节点在结构中的性能。以某足尺双层网格结构试验为基础,研究典型球节点的实际性能。采用反问题法和有限元模型升级技术,建立了优化问题。使目标函数为双层网格结构的试验结果与相应有限元结果的差异最小。为模拟双层网格结构有限元模型中节点的非线性性能,并将其设为升级参数(优化变量),通过遗传算法求解优化问题。因此,通过升级双层网格结构中的有限元模型,可确定实际工况下球节点的性能。结果表明:升级模型能准确预测双层网格结构的真实反应。节点的荷载-位移曲线在初始阶段呈低刚度的非线性关系,随后刚度逐渐增大,并呈现为线性关系,与实际工况一致。     

自由曲面索支撑空间网格结构形态优化

索支撑空间网格结构是一种新型的单层网壳形式,主要应用于玻璃采光顶结构中。由于目前对自由曲面索支撑空间网格结构形态方面的研究国内外还相对较少,为此提出了一套适用于该类结构的形态优化方法。该优化方法采用结构整体应变能为优化目标、结构高度为优化变量、共轭梯度法为优化算法。根据索支撑空间网格结构的建模方法,将优化结构整个曲面转化为优化结构的准线和母线。采用该方法对自由曲面索支撑空间网格结构进行形态优化研究,得到结论如下:首先,采用本文形态优化方法,收敛速度快,形态优化后结构的力学性能提高很大;其次,形态优化过程中平面四边形网格属性不变,优化变量少;最后,对优化后的离散网格重新进行拟合生成曲面,对该曲面重新划分网格,保证网格长度相等。重新划分网格为结构构件加工和施工提供了便利,而且结构力学性能削弱不大。     

空间网格结构基于离散变量的优化设计

空间网格结构离散变量的优化设计是空间网格结构的截面尺寸优化、形状优化、拓扑优化和布局优化的理论基础。本文在建立空间网格结构离散变量优化设计问题数学模型的基础上,分析了空间网格结构离散变量优化设计的特点和算法效率。文中采用相对差商法。对空间网格结构杆件截面尺寸的离散变量优化设计问题进行了研究和探讨。文章最后给出了两个算例,计算结果验证了本文理论的正确性和有效性。     

混凝土细观图像和网格的生成方法

混凝土随机骨料模型(RAS)能够直观的显示出三相之间的位置关系,所以被广泛用于研究混凝土的细观力学性能中,文中利用MATLAB中的内置函数对随机骨料模型生成的方法进行了完善和优化,加入凸包算法保证生成的骨料为凸多边形,利用两条线段的位置关系判断骨料是否重叠,最后提出一套在MATLAB中快速生成细观模型有限元网格的算法,为混凝土细观力学性能的研究提供了支持。     

并行有限元网格分区方法研究进展

简述了并行有限元网格分区的基本思想和原则,探讨了并行计算任务分配即有限元网格分区算法的研究状况,分析了几种典型元网格分区算法的思路,优缺点,并提出并行有限元网格分区有待进一步解决的问题。     

一种四面体网格的混沌混合优化方法

研究了基于优化算法的网格修匀技术，指出常规的基于梯度的优化算法，如BFGS等，收敛速度很快，但受初始值影响大，不能保证得到全局的最优解，为了避免陷入局部优化，采用了一种混沌搜索和BFGS相结合的混合算法来求解模型，通过算例验证，这样的求解策略稳定性好，能够用于解决实际优化问题。     

任意形状三维物体的Delaunay网络生成算法

介绍一种基于Delaunay算法的四面体单元的自动网格划分算法。该算法适用于由任意曲面围成的三维物体。在网格生成过程中，运用背景网格加快了四面体网格的生成速度；通过对网格中新插入点的Delaunay空腔的边界面进行检验，避免了四面体单元的重叠。提出一个判断点是否在任意封闭区域内的算法，实现了凹形物体的Delaunay网格生成。算例表明，该算法能够较好地生成任意形状三维物体的四面体单元网格。     

基于遗传算法的结构可靠度计算

遗传算法(GA)作为一种优化算法,用于结构可靠度分析,对目标函数和约束条件没有过于苛刻要求,利用MATLAB软件,引入遗传算法编制相应程序,验证已知功能函数的结构构件的可靠度。工程实例计算表明,结合遗传算法分析结构体系可靠度,不受搜索空间的限制性假设的约束,不要求目标函数具有连续性、可导等假设,其结果与其他算法结果具有一致性。     

CFD analysis of pollutant dispersion around buildings: Effect of cell geometry

The choice of the best mesh in terms of cost, time and accuracy of computational solutions in the CFD industry is a challenging topic and a subject of some controversy. Generating meshes based on hexahedral elements requires significant time and effort, however, these meshes are claimed to produce high quality solutions. Meshes that employ tetrahedral elements can be constructed much faster in complex geometries, but may increase the levels of numerical diffusion. The objective of this study is to better establish quantitative assessment of the influence of cell geometry in the computational mesh on the CFD results of pollutant dispersion around buildings in order to help modelers to choose the most effective mesh type for their applications. In order to achieve this objective, two widely used mesh styles, i.e., hexahedral-based and tetrahedral-based meshes, are considered in the simulation of this flow problem. Quantitative grid convergence was calculated based on a grid convergence index (GCI). The mesh style was found to have an observable effect on the calculated pollutant concentrations. For instance, the hexahedral-based mesh was observed to have GCI values that were in an order of magnitude below the tetrahedral-based mesh values for all resolutions considered, even in the very fine tetrahedral-based mesh. Furthermore, the GCI value, and hence the truncation error, remains high compared to conventional hexahedral cases. The study recommends taking special care when employing an unstructured tetrahedral-based mesh to ensure that the mesh is fine enough and any numerical errors should be documented for selected variables reported analogous to experimental uncertainty in order to assess the quality of the numerical solution.     

基于遗传算法的钢框架优化设计

根据结构优化设计的基本流程,以最轻重量为目标函数,以杆件截面积为设计变量,以现行规范中的强度、刚度、位移限值为约束条件建立了钢框架的优化模型,采用遗传算法结合工程实例进行分析,证实该方法在结构优化设计中的可行性,可供设计参考。     

基于大涡模拟的火灾数值模拟网格划分优化方法

摘 要：网格划分是火灾数值模拟的重要环节,对模拟结果的精度以及模拟时间有很大影响。针对火灾数值模拟中的网格划分问题,提出了一种基于大涡模拟的网格划分优化方法。根据大涡模拟的原理,给出了滤波尺度的计算方法,并根据滤波尺度和网格比系数对火场中不同区域的网格尺寸进行优化处理。将优化方法应用于高层建筑火灾的数值模拟,运用FDS软件分别针对优化前网格、优化后网格以及精细网格进行数值模拟,对不同网格划分下的温度、氧气和二氧化碳体积分数进行比对。结果表明：网格优化后,模拟结果与精细网格之间相关系数的均值为0.987,保证了模拟精度;同时,模拟运行时间降低为精细网格的16%,有效提升了火灾模拟的计算效率。     

梯度塑性理论的计算方法与应用

基于有限元自动生成系统 (FEPG) ,开发使用梯度塑性理论的有限元程序,用于解决应变软化后的网格依赖性问题。提出带阻尼因子的 算法,联立求解位移方程和屈服面方程,既可同时解得位移和塑性乘子,又避免了广泛使用的应力返回算法中的应力拉回运算。在 D-P 准则中引入软化模量和材料内部特征长度,使本构模型能够考虑软化和梯度效应。在软化问题求解上使用阻尼牛顿法,算例结果表明,带阻尼因子的算法能够计算应变软化问题,以有限元弱形式表达的梯度塑性理论,使用一阶单元就能够得到合理的结果,在一定网格范围能够得到稳定的应力应变曲线。     

单层球面网壳的优化分析

应用ANSYS软件优化模块,以自重最轻为目标函数,以强度、稳定性等为约束条件,并考虑了结构几何非线性的影响,对凯威特型单层球面网壳进行优化分析。然后对优化所得的网壳作了稳定性全过程分析,从而验证优化设计是可靠的。     

Topology optimization method of lattice structures based on a genetic algorithm

A two-stage topology optimization method of lattice structures based on a genetic algorithm is proposed. The first stage is the form-finding analysis of lattice structures, and the optimal initial shape was achieved with the numerical inverse hanging method. The second stage is the topology optimization of single-layer lattice structures, which can be realized by changing the mesh size and the tube configurations to minimize the total weight of steel tubes subject to the design requirements. The mesh configuration optimization is realized through the adjustment of the nodal horizontal co-ordinates and the removal of tubes with lower stress. The maximum displacement of the structure, the maximum stress of the circular steel tubes, and the nonlinear buckling load are the state variables, and a genetic algorithm (GA) is the optimization algorithm. Different stress-limiting values used to delete the tubes were discussed. The numerical examples show that the two-stage topology optimization method for lattice structures proposed in this paper is correct and efficient. Furthermore, the forms of the optimized structure are rich, and the structure is lightweight and efficient.     

基于非局部Mohr-Coulomb模型的土体渐进破坏分析

软化塑性模型的常规有限元数值分析结果严重依赖网格尺寸,而非局部塑性模型是解决这一问题的有效方法。但现有非局部模型仅能用于von Mises准则,无法用来进行一般软化土体渐进破坏分析。提出了一种改进的针对非局部模型的全隐式应力回代迭代计算方法,该方法具有在迭代计算过程中逐步确定弹塑性点的特点,克服了现有算法误差较大及不稳定的缺点。将非局部理论推广到Mohr-Coulomb塑性模型中,使其能用来分析土体稳定性问题。采用局部和非局部模型对两个土体稳定问题,包括条形基础承载力问题和三角形荷载下边坡稳定问题进行渐进破坏分析,数值计算结果表明该方法可以消除软化塑性有限元计算的网格敏感性,起到了正则化的效果。