多工况约束下客车顶棚拓扑优化

提出了单元应变能密度灵敏度和识别要修改单元的无量纲混合测度的概念。并将其应用在多工况约束下客车顶棚拓扑优化的算法中,简化了优化过程,避免了“载荷病态”。工程算例表明,该算法对客车顶棚结构的优化是有效的。     

多工况约束下客车顶棚拓扑优化

提出了单元应变能密度灵敏度和识别要修改单元的无量纲混合测度的概念.并将其应用在多工况约束下客车顶棚拓扑优化的算法中,简化了优化过程,避免了"载荷病态".工程算例表明,该算法对客车顶棚结构的优化是有效的.     

具有频率约束的结构拓扑优化新方法

提出一种基于拓扑组概念的实际方法，去寻求桁架的优化布局，桁架除了基频约束外，还外有应力，位移，欧拉失稳约束，考虑多种载荷情况，并假设每个原有节点的质量不变，优化的费用函数不仅包含构件费用，还包含节点费用。从原始结构着手，通过使用二进制组合算法来产生一系列具有不同节点分布的子结构，即拓扑组，优化之前需检查拓扑组的意义，如果一个拓扑组是无意义的，则被舍去，反之进入求解一个横截面积优化问题，为了避免结果奇异，在优化过程中，给被删去的构件一个微小的截面积，使一个给定的拓扑组的结构维数保持不变，使用一维抛物线插值法解决非线性约束问题，构成算法的一部分。桁架算例验证了解提出的方法的有效性。     

应力约束下汽车车架结构的拓扑优化设计

为了得到汽车车架的概念化设计,本文基于独立、连续、映射方法,给出了汽车车架结构的计算机辅助优化设计的有效方法．采用应力全局化策略,将局部的应力约束转化为全局的应变能约束问题,建立了以结构质量为目标,应力约束下的汽车车架结构的拓扑优化模型,研究了多工况应力约束下连续体结构拓扑优化问题．另外,利用对偶理论,将建立的优化模型转化为对偶模型,用序列二次规划法进行了求解．对车架结构的数值分析表明了该方法的可行性与有效性．     

一种多工况下桁架结构的拓扑优化设计方法

论文提出了一种桁架结构在多工况作用下满足平衡条件的拓扑优化设计方法。在该方法中,以杆件内力为设计变量,结构重量为目标函数,将拓扑优化模型描述为一个非光滑的数学规划问题,而后通过变量代换将其转化为光滑的非线性规划问题,进而将原问题的解转化为几个线性规划问题的解。方法保证得到两工况下的精确最优解,多工况(大于等于3)下的近似最优解。几个工程算例结果说明了该方法的合理性与有效性。     

基于应变能及应力的桥梁结构拓扑优化设计

桥梁结构一般受到恒载和活载的作用,在结构的拓扑优化过程中,必须考虑载荷的变化.导出了涉及桥梁结构恒载和活载的多载荷工况的应变能灵敏度公式,建立了考虑应力和应变能要求的多约束三维结构优化算法.     

应力约束下连续体结构的拓扑优化

为了研究应力约束下连续体结构拓扑优化问题,利用独立、连续、映射方法,对单元质量和许用应力采用不同的过滤函数,建立了以质量为目标,应力约束下的连续体结构拓扑优化模型．引入了新的删除准则,利用二分法得到了自适应的删除率,减少了迭代次数,提高了求解效率．并在MSC／Patran&Nastran软件的开发平台上实现了该算法,分析了结构在拓扑优化前后的应力分布．二维和三维数值算例表明该算法具有可行性和有效性．     

基于子结构的内力约束连续体拓扑优化

通过拓扑优化可以得到传力路径,不同传力路径对应不同内力载荷。如果将内力载荷作为目标或约束进行拓扑优化,可以得到满足不同需求的传力路径,为拓扑优化的发展提供新思路和新方法。为了得到不同内力载荷需求的传力路径,基于子结构法将结构分开使内力暴露出来。以结构质量最小为目标,以内力为约束建立拓扑优化模型,基于独立、连续、映射( independent, continuous, mapping, ICM)方法和单位载荷法将内力显式化,通过累加获得需要控制的传力路径上的内力,通过迭代调整2个路径上的内力使其比值达到一个稳定的值,从而获得满足内力约束的传力路径。算例表明：不同的内力约束可以得到不同的传力路径。     

微电容加速度计多目标结构拓扑优化设计

针对微电容加速度计一阶固有频率和横向抗干扰能力进行多目标拓扑优化设计,建立了微电容加速度计弹性梁和质量块的一阶固有频率最大和横向抗干扰能力最强的多目标结构拓扑优化模型,以体积比作为约束条件,采用优化准则算法进行迭代求解,获得在不同权值下的微加速度计弹性梁和质量块的多种优化的结构拓扑形式,计算结果表明,通过多目标结构拓扑优化设计可以有效地提高微电容加速度计的综合性能.     

整体式柔性机构的多目标可靠性拓扑优化设计

在用多目标连续体拓扑优化方法设计整体式柔性机构时,将材料弹性模量和外载荷视为随机变量,因而作为目标函数的机构应变能和交互势能亦为随机变量．采用一次二阶矩可靠性理论中的Hasofer-Lind和Rackwitz-Fiessler方法,推导了应变能与交互势能双模式串联时的系统失效概率的迭代计算公式,建立了一个整体式柔性机构多目标可靠性拓扑优化设计对偶数学模型,采用序列凸规划理论中的对偶算法进行优化求解．以反向器柔性机构设计作为仿真算例,结果表明,随着可靠性约束指标的增大,拓扑优化设计结果趋向保守．     

基于偶数行Epsilon加速的结构拓扑修改重分析算法

基于Guyan缩聚和Neumann级数展开方法,提出了一个新的结构拓扑修改静态重分析方法。首先,将增加的自由度通过Guyan缩聚方法凝聚到原始结构自由度上,形成缩聚方程。其次,根据刚度矩阵增量,利用Neumann级数展开建立向量序列,采用偶数行Epsilon加速算法对向量系列进行迭代加速求和,从而快速求出原结构自由度的位移,增加自由度的位移可从缩聚方程得到。数值算例表明,本文算法计算量是基于直接Epsilon的重分析算法的一半,而计算精度相当。     

基于预条件Lanczos算法的结构拓扑修改静态重分析方法

提出了一种新的结构拓扑修改静态重分析方法。该方法易于实现并且适用于拓扑修改中的3种情况:自由度不变化;自由度减少;自由度增加。根据初始分析结果,对拓扑修改的3种情况分别选取了适当的预条件子,应用Lanczos迭代算法得到拓扑修改后结构响应。将此算法与直接Lanczos算法分别应用于数值算例,比较了预条件前后迭代收敛速度。应用本文提出的方法计算成本显著降低,计算结果显示了该算法的正确性和有效性。     

刚架结构拓扑修改的加权广义逆方法

利用刚架结构刚度矩阵的加权分解和矩阵加权广义逆理论,提出了刚架结构拓扑修改方法——M-P加权广义逆拓扑变化法。该方法适用于刚架结构拓扑优化设计(特别是局部优化设计)的重分析。由于文中给出的刚架结构拓扑变化公式都是显性而简单的,所以具有很好的计算效率。     

特征值高阶灵敏度的有效算法

应用多参数特征值二阶摄动法对特征值高阶灵敏度算法进行了研究,得到了特征值高阶灵敏度矩阵——海森矩阵的近似算法,并以一个框架结构为例验证了该算法的有效性。结果表明,用该算法能有效计算特征值高阶灵敏度矩阵。     

考虑导引头多约束的滑翔制导炮弹弹道规划

为提高制导炮弹在大着角情况下导引头捕捉目标的速度,减小末制导起始点角度偏差,在传统制导炮弹方案弹道规划方法(trajectory programming method, TPM)的基础上考虑末制导段,提出一种考虑导引头多约束的弹道规划方法(trajectory programming method-constraints of seeker, TPM-CS)。根据导引头最大探测距离建立末制导起始点约束,根据弹目几何关系和导引头视场角建立攻击路径约束,并建立最小化前置角和控制变量幅值的目标函数。为实现制导炮弹初始弹道倾角、偏角、火箭点火时间、滑翔启控时间、导引头开启时间等参数的最佳匹配,建立了5阶段弹道规划模型,并采用多阶段Radau伪谱法将该弹道规划问题转化为非线性规划问题,最后调用非线性规划求解器SNOPT进行求解。选取不同性能参数的导引头进行仿真,分析了导引头最大探测距离和导引头视场角对方案弹道的影响。将文中提出的弹道规划方法与传统弹道规划方法进行对比仿真,结果表明,相比于传统方法,文中所提方法规划方案弹道的末制导初始角度偏差缩小71.590%,导引头对目标保持照射状态的时间延长6...     

Dijkstra算法在多约束农产品配送最优路径中的研究应用

传统的Dijkstra算法一般通过对路径长度的迭代来得到从源节点到目的节点的最优路径,是一种无法综合考虑路径的各类约束条件,只能基于单一权值最短路径的算法.农产品配送在选择某一配送路线时不能只考虑路线的距离,还要考虑路线的交通状况,以及实际道路的路况,只有综合考虑这些因素,最后才能得出具有实际指导意义的最优路径.为此,我们对传统的Dijkstra算法进行扩展才能应用到多约束最优路径查找.另外,传统的Dijkstra算法在实现时不仅占用大量的计算机内存,并且算法的执行效率也不高.作者结合当地的农产品运输网络具体情况,对算法进行了存储空间优化和对计算时间优化,从而在节省内存的基础上提高了算法的执行效率.     

结构拓扑修改静态重分析的BFGS方法

利用BFGS拟牛顿法的局部超线性收敛特征,提出了基于此方法的结构拓扑修改静态重分析算法。特别是根据初始结构分析结果,构建了三种拓扑修改形式的BFGS修正迭代阵-近似Hesse矩阵逆的初始迭代矩阵的设置方法。与随机或一般指定初始迭代阵取为单位矩阵的BFGS算法相比较,应用此特殊选定的初始点,进行BFGS算法求解修改后结构的响应值能显著降低计算成本,计算结果验证了该算法的正确性和有效性。     

结构可靠性优化中概率约束的等价显式处理

根据结构可靠性优化中概率约束函数的不同类型,分别提出了将概率约束等价显式化处理的３ 种方法：分布函数法、可靠性安全系数法和分离函数法．通过等价显式化处理,使原可靠性约束从形式上转变为常规约束,为基于可靠性的结构优化设计提供了方便．两个实例表明了这种方法的可行性和有效性．