轻载长悬臂桁架结构的优化设计

以轻载长悬臂桁架为研究对象,分析其受力特征,建立以结构总质量为优化目标,以结构强度、刚度、局部稳定性等为约束条件的数学优化模型;通过Design Exploration工具对局部求解区间内的弦杆与腹杆外径寻优求解,得到相同结构、不同载荷条件下的优化解及灵敏度分析图,结果表明:增大弦杆外径可有效提高桁架整体结构强度和刚度,但腹杆对结构刚度和强度的影响效果较复杂,该结论对结构改进与类似结构设计具有一定的指导意义.最后对优化求解后的桁架结构进行有限元分析,由最大组合应力云图和总变形云图可知,优化后的桁架能满足设计要求且结构材料得到了充分利用,该设计方法较传统设计方法效率更高、设计结果更合理.     

基于ANSYS的浮空器组阵结构屈曲分析及优化设计

针对空间太阳能电站地面演示系统,提出了一种空间大型浮空器组阵结构,利用ANSYS有限元软件建立其桁架结构的三维模型并进行结构屈曲分析,判断桁架结构的稳定性.以第1阶临界屈曲载荷为约束条件,对桁架梁截面的型材进行尺寸结构优化.通过响应曲面分析和多目标遗传优化算法找到设计优化点,使优化后的桁架结构在保证结构稳定的前提下实现...     

基于弹性稳定约束的桁架臂顶节铰点布局优化研究

运用铁摩辛柯弹性稳定性理论,将桁架臂结构简化成铁摩辛柯梁形式,并以最小屈曲储存应变能为目标函数建立数学模型。针对该模型,在MATLAB环境下编制了优化分析程序,并运用改进的遗传算法对桁架臂顶节铰点布局优化问题进行求解,然后对比分析桁架臂优化前后的稳定性,以确定该数学模型是否合理。研究结果表明,优化模型是合理的,它为解决桁架臂顶节铰点布局方案优化问题提供了一种新的更有效的途径。     

贵州国际山地旅游联盟总部大楼钢结构管桁架建模与优化

为减少用铜量,降低项目成本,对管桁架结构与尺寸进行优化.以贵州国际山地旅游联盟总部大楼的钢结构为研究对象,根据钢结构管桁架特点,对管桁架进行受力分析,以强度约束、稳定性约束与尺寸约束为条件,以管桁架体积为目标函数建立数学模型,运用MATLAB优化模块编写相应m文件,对管桁架数学模型进行求解.优化结果表明:管桁架平均直径...     

空间展开桁架结构的减振优化设计方法

航天器的空间可展桁架机构在展开锁定后形成一个大跨度的支撑结构。为满足设计要求,需要抑制某些模态的响应对振动进行控制。研究了利用粘弹性阻尼器减振的结构优化设计方法,选取了粘弹性阻尼器的计算模型并说明其有限元模拟方法,基于粘弹性阻尼器减振仿真过程的自动化,在给定阻尼器个数和系数的条件下,以模态阻尼比最大为目标对阻尼器位置进行了优化配置,优化后取得了良好的减振效果。方法对空间桁架结构的减振有实际意义。     

清窑机长悬臂桁架结构的有限元分析及优化设计

以清窑机的长悬臂桁架结构为研究对象,分析其力学特征,确定以空载和工作状态两种工况为设计计算工况;采用Design Modeler建模工具,以概念建模方式建立了桁架的圆管截面、线体单元的三维模型;通过有限元分析模块Static Structural对桁架结构在空载与工作状态分别进行静力学分析,得其最大组合应力与总变形云图;以桁架结构质量为优化目标,以材料强度、结构刚度与腹杆固定壁厚为约束条件,通过Design Exploration工具优化桁架的弦杆与腹杆外径,优化后的桁架结构质量由4 627 kg减少到3 466 kg,减轻约25%,减少平衡配重约48 000 N·m,达到了结构优化设计、降低设备成本的目的。     

刚性机构与柔性机构性质的探讨

简单介绍了柔性机构及其性质,分析和研究了由拓扑优化得到的力和位移反向器的典型模型,发现在模型构件为刚体条件下,模型的几何增益和机械增益能达到极大即力和位移的输出效率最大。以桁架机构的位移反向器作为基本模型,分析得到有关模型的几何增益的优化目标函数,对目标函数进行了数值优化计算,得到模型的尺寸参数,用结构力学的方法对得到的机构模型进行计算分析。     

基于改进力密度法和非线性有限元法的索-膜-桁架天线形态优化设计

索-膜组合结构预张力会通过边界索力作用到支撑桁架上导致桁架变形，桁架变形又会改变索-膜组合结构的边界形状和预张力分布，这是索-膜-桁架之间的力-形耦合问题。针对索-膜-桁架天线中普遍存在的这种力-形耦合问题，提出了基于改进力密度法和非线性有限元法的形态优化设计方法进行解决。首先推导了索-膜组合结构的改进力密度平衡方程，利用力密度迭代方法确定边界固定时的索-膜组合结构初始形态，作为形态优化的初始值。然后推导了索-膜-桁架组合结构的非线性有限元平衡方程，并以索和薄膜预张力为设计变量、薄膜反射面的最佳拟合形面精度为优化目标、索-膜组合结构不松弛或褶皱为约束条件建立形态优化模型。最后通过对某口径5米索-膜-桁架天线和某口径20米的偏置索-膜-桁架天线进行形态优化设计仿真，验证了提出方法的有效性。设计完成的某口径5米的索-膜-桁架天线，实物模型测量取得了预期结果。     

桁架支撑机翼布局客机的机翼质量计算

未来客机有可能采用桁架支撑机翼布局型式。针对桁架支撑机翼质量计算问题,采用基于结构有限元模型的优化方法对机翼结构尺寸进行设计,根据优化结果和经验方法估算整个桁架支撑机翼结构质量。优化设计结果表明,最大应变和发生屈曲处均位于桁架与主机翼连接处,主机翼的结构尺寸主要由应变约束决定,桁架的结构尺寸主要由屈曲约束决定。质量计算结果表明,桁架支撑机翼质量占全机质量的13.2%,与常规布局飞机机翼质量占全机质量的百分比相当。     

二维桁架结构拓扑优化的特征线提取方法及算例分析

针对二维桁架结构拓扑优化结果面向工程制造的问题,提出了一种桁架拓扑优化结果的特征线(桁架杆件轴线)提取方法。基于渐进结构优化方法(ESO)对连续体结构进行拓扑优化,获得桁架结构的拓扑结构。根据桁架拓扑优化结果提取各拓扑区域的中心点坐标,基于桁架杆件的直线特征对拓扑区域进行区域划分,而后建立各拓扑区域的特征线数学模型。结合各特征线数学模型确定桁架杆件的节点,并引入节点合并的半径区域,建立了桁架各杆件连接节点位置的二次优化数学模型。最终,根据最优的节点位置得到了面向制造的桁架拓扑优化结果-特征线。采用3个经典算例,验证了该桁架拓扑优化结果特征线提取方法的有效性,为后续桁架结构的杆件截面优化提供了基础。     

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.     

9杆巴氏桁架的位置分析

以非平面基本运动链(9杆巴氏桁架)为研究对象,对其数学模型和消元过程进行了研究。使用复数向量法对9杆巴氏桁架4个回路建立几何关系,列出矢量方程组并转化成为复指数形式。使用Sylvester结式对4个多项式方程依次两两消元,得到一个一元50次的多项式方程,求解后使用辗转相除法求其他3个变量,完成位置分析。最后通过一个算例,验证了这种巴氏桁架的解析解的数目为50。     

9杆巴氏桁架的位移分析

将Dixon结式和Sylvester结式结合完成耦合度为2的9杆巴氏桁架的位移分析。首先使用矢量法和复数法建立4个几何约束方程式,并将其转化成复指数形式,再使用Dixon结式对其中3个方程式构造一个消去两个变元的6×6Dixon矩阵。将矩阵的行列式展开后得到二元高次多项式方程,该方程与剩下一个含有两个变元的方程使用Sylvester结式消去其中任一变元后,得到一元52次封闭方程。求解封闭方程后,使用辗转相除法求出另外一个变元。回代过程中,使用高斯消去法求出剩余的两个变元。首次给出了这种巴氏桁架的解析解,并且通过数字算例进行验证算法的可行性,同时给出实数解所对应的装配构型图。结果表明：这种巴氏桁架的装配构型数目最大是52。     

自动扶梯桁架参数化有限元分析方法研究

在确保自动扶梯桁架的结构强度和安全性能前提下,为了提高系列化自动扶梯桁架设计开发效率,运用有限元二次开发和Visual C++以及数据接口技术,根据不同的设计、制造和检验要求,研究了不同参数情况下自动扶梯桁架的结构设计特点和强度特性,分析了边界载荷最大化桁架强度特点。研究结果表明,运用自动扶梯参数化有限元分析平台,用户只需输入参数,通过自动建模就可计算得到系列化桁架的结构强度结果,大大简化了分析过程,提高了分析效率。     

Development of a continuous fabrication system for a metallic sandwich plate with a three-dimensional truss core

In this paper, the concept of the continuous fabrication of a metallic sandwich plate with a three-dimensional truss core is introduced. The method consists of three processes as a fabrication system: metallic mesh manufacture, truss core making, and bonding. A process that fabricates rhombic-shaped metal meshes without material loss is introduced. In order to construct the truss core, a crimping process is employed. Bonding is carried out using multipoint resistance welding with a pair of roll electrodes. To realize the proposed process, a prototype apparatus was assembled. Sandwich plates with a pyramidal truss core are fabricated on an integrated system for continuous fabrication, and various experimental verifications are performed in order to investigate the applicability of the proposed process. As a result, it has been shown that the proposed process is an efficient and practical manufacturing process for continuous fabrication of truss-cored sandwich plates.     

大型天线的俯仰架结构

为了研究俯仰架结构在大型天线结构设计中的作用,文中阐述了俯仰架结构的传力途径和工作原理,以及其对大型天线主面精度和保型效果的影响,并通过应用实例验证了俯仰架结构中的伞形支撑在大型天线保型设计中发挥的作用。文中列举出几种典型的俯仰架结构形式,总结了各自的优缺点,提出了大型天线俯仰架的一般设计原则,对大型天线的结构设计具有一定的参考意义。     

Development of a new analytical tool to design hierarchical truss beams for natural frequency

A set of recursive equations are introduced for optimum design of a wide range of hierarchical truss beams to satisfy a minimum required natural frequency. The design equations are based on a general analytical solution, which are derived based on a critical dimensional analysis. A practical example is examined in both 2D and 3D spaces, which promises substantial mass reduction, as much as 99%, when using high order hierarchical truss beams. The results are verified by numerical evaluation of three case studies. The approach looks also very promising to design nanostructures when it comes to the problems associated with vibration.     

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。     

三重八面体变几何桁架机器人间接位置分析的符号解

应用代数消元法,对三重八面体变几何桁架机器人的间接位置分析进行了符号求解,导出了单变量的128次输入输出方程,并给出了数字实例。