单层柱面网壳强震失稳分析中考虑节点刚度影响的简化模型研究

在进行单层柱面网壳强震失稳分析时,采用能考虑球节点轴向刚度和弯曲刚度耦合的壳单元精细化模型固然好,但是壳单元模型的单元数目太多,相对于一般的梁单元简化模型的计算量是非常大的。然而,一般简化模型由于不考虑节点刚度的影响,强震下地震响应分析的结果误差又较大。因此,在简化网壳模型的基础上建立了能等效精细化网壳模型的相对简化模型,此模型在节点区域用梁单元代替空心球节点,通过减小节点区杆件的刚度,可以明显改善模型的分析精度,而且采用模型后计算量增加不大,所以此模型更适合进行此类结构的强震失稳分析。     

基于提升小波包和模糊模式识别的结构有限元模型修正

该文提出了基于提升小波包特征提取和模糊模式识别的结构有限元模型修正方法，首先建立以节点固结系数表示的空间网架单元刚度矩阵，然后利用提升框架，将结构振动测试信号进行提升小波包分解，提取小波包信号分量能量作为特征向量，以此建立模糊模式识别的模糊子集，最后利用模糊模式识别方法对结构进行有限元模型修正，并研究了噪声对该算法的影响。为了证明该方法，对一个二层网架结构模型进行了数值仿真，结果表明该方法能够有效的修正结构的有限元模型。     

遗传算法在单层球壳质量优化中的应用

摘要: 经典遗传算法存在局部搜索能力不强,“早熟”现象和后期收敛速度放慢等缺陷,本文将自适应策略与“预选择机制”的小生境技术同时引入其中,加入小生境技术后可以避免陷入局部收敛的问题;在小生境遗传算法基础上加入自适应策略,实现对种群的杂交概率和变异概率进行自适应控制,从而形成一种改进小生境遗传算法,可以有效维持种群中个体的多样性,同时可以改善全局收敛的可靠性。通过三个典型算例验证了本文算法的正确性,并通过单层球壳的算例分析表明该方法稳定性好,全局搜索能力强,但在计算时间上长于ANSYS自带的优化模块。本文算法可以应用于优化变量繁多的大中型网壳结构截面优化问题,优化效果明显。     

冲击荷载作用下单层网壳结构动力稳定性研究

针对冲击荷载不同于地震作用,而常规动力稳定性判定准则不适用问题,阐述求解冲击问题的基本理论及冲击荷载取值;据冲击荷载特性提出适合冲击碰撞问题的单层网壳结构动力稳定性判定准则;选K6型单层网壳结构模型,利用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA进行结构冲击作用下动力稳定性分析,通过大量算例,分析其在不同冲击物质量比及速度作用下全过程动力响应,结合动力响应模式获得冲击荷载作用下单层网壳动力失稳的临界能量区域,并从矢跨比、跨度、杆件截面三方面对结构进行参数分析。结果表明,基于网壳动力响应模式与冲击能量相结合方法对单层网壳进行动力稳定性判定合理;结构刚度越小,冲击作用下动力稳定性越差;加大主肋利于提高结构动力稳定性。     

轻质弱辐射的阻尼夹芯复合材料圆柱壳的优化设计

基于三维弹性理论,对阻尼夹芯复合材料圆柱壳在简谐点力作用下的振动声辐射进行优化研究。建立了以总质量、基频和模态阻尼为优化目标的多目标函数优化模型,对纤维层和芯层厚度分布和铺层方式进行优化设计;经与其他文献及"有限元+边界元"法得到的结果对比,验证了三维弹性理论的计算结果的有效性;分析了三明治夹芯圆柱壳的振动和声辐射的影响因素,发现芯层中面线位置高于整壳中面线时有利于提高基频,降低声辐射功率;且随着铺层角的增加,固有频率呈抛物线型变化趋势,模态阻尼比则逐渐减小。经优化设计,声功率一阶共振频率向高频方向偏移20 Hz,最大声功率降低11.66 dB,200 Hz以下的低频段,声功率峰值密度明显降低。     

基于构形度的强震下单层球壳结构倒塌模式优化研究

基于杆系结构构形易损性理论,以构形度标准差最小为目标函数,以构件截面尺寸为优化变量,并考虑长细比、挠度、杆件强度及稳定约束条件,建立了单层球壳结构构形度优化模型。将遗传算法和模拟退火算法作为子算法,基于混合策略构造出遗传-模拟退火算法(GASA),并采用自适应策略降低算法对优化参数的依赖性。以跨度70m的单层球壳结构为例,通过凝聚过程分析识别结构存在的构形度不均匀区域。采用GASA算法对该区域的杆件截面进行构形度优化。通过对优化后结构凝聚过程分析和地震动力时程分析,表明优化模型和优化算法可以有效的解决优化变量繁多的大型单层球壳结构地震作用下倒塌模式的优化问题。     

一种高阶模态涡振试验新气弹模型的模型参数优化设计

多点弹性支撑连续梁气弹模型是一种研究大跨桥梁主梁高阶竖弯模态涡激振动的新型气弹模型。为了使该模型的频率、模态质量和振型与原桥梁缩尺后的动力特征更好地匹配,提出了基于动力系统矩阵方程的模型参数优化方法。以模型的频率、模态质量和振型为优化目标,利用结构的振动方程,建立优化目标函数,采用最小二乘法获得芯梁刚度、弹簧刚度和附加质量的最优设计。通过数值分析对该方法进行了验证分析。以两座不同形式的悬索桥为例进行了该方法的可行性分析。研究结果表明:采用该方法设计的气弹模型能很好地与原结构相匹配。     

小比例柱面网壳振动台试验及动力响应概率模型

针对单层网壳实验费用高、周期长及地震变异性大等问题,开展了一小比例单层柱网壳振动台试验模型试验,并基于该模型试验统计了考虑地震动变异性时单层柱面网壳的动力响应概率模型。参考孔洞胶接节点装配式单层球面网壳模型制作方法制作了一小比例单层柱面网壳模型;在此基础上,分别选用TAFT波、人工地震波和简谐波对该单层柱面网壳模型开展一系列振动台试验研究,包括弹性阶段的动力特性测试和弹塑性状态下的动力倒塌测试;立足于现场实测数据,基于通用有限元分析软件ABAQUS建模、并开展相应数值仿真分析,总结分析单层柱面网壳模型动力特性与破坏特征;基于40组动力实测数据研究地震变异性对单层柱面网壳动力特性的影响,并初步拟合出地震动变异性与该结构动力响应的概率模型。该研究对开展系列单层网壳振动台试验定性研究及空间网壳结构抗震规范的修订提供参考。     

冲击荷载下单层凯威特型球面网壳的防护方法及建议

避免结构在冲击荷载下出现整体倒塌为防护目标,对单层凯威特型球面网壳的抗冲击防护方法进行研究。应用有限元软件ANSYS LS/DYNA建立凯威特型单层球面网壳与圆柱形冲击物的模型,并展开大量参数分析工作。在此基础上,依据网壳结构的冲击失效规律及连续倒塌的特点,提出可供实际应用的冲击荷载下网壳结构的3种防护方法（轻屋面,整体加强法,临界位置加强法）;并分别对防护效果进行验证。然后综合考虑防护效果与结构成本,提出冲击荷载下网壳结构的防护建议。     

基于疲劳寿命的旋翼气动弹性多目标优化研究

基于Hamilton原理基础上推导了旋翼桨叶有限元动力学模型和疲劳寿命计算模型。以动力学特性的固有频率,自转惯量为约束,以剖面特性参数的挥、摆、扭刚度及桨叶线性密度为设计变量,进行最小质量及最大疲劳寿命的多目标优化。采用满足溢出分析的优化算法（Satisficing Trade-off Analysis）。结果在满足各约束条件下,实现旋翼桨叶质量减少7.27％,疲劳寿命循环次数由3.98 108次到4.73 108次,寿命提高了18.7%,优化效果明显。     

基于声振耦合的装载机驾驶室多目标形貌优化设计

对某装载机驾驶室及室内声腔进行建模得到声振耦合模型,通过SIMO法模态试验验证所建模型的准确性,测取悬置点激励力并进行频响分析及室内噪声预测。结合耦合模态频率和噪声曲线峰值频率确定关键优化频率,在驾驶室的最大扭矩工况下进行静力学分析,采用折衷规划法和平均频率法将驾驶室静态整体刚度和多阶关键频率归一为Euclidean距离的多目标函数,对驾驶室进行多目标形貌优化。结果表明:此优化方法在驾驶室结构优化上的应用综合提高了结构整体刚度和多阶关键固有频率,避免了单频优化时频率震荡现象,得到了优化目标的整体Pareto最优解,室内噪声总声压级降低了3.03 d B。     

多目标模糊动态选拔机制的应用研究

当今经理选拔机制在现代公司制度中的重要性越来越突出。在综合分析经理选拔模糊性的基础上，提出了基于多目标模糊优选的经理选拔模型，并通过该模型对具体的多个模糊决策目标的经理选拔问题进行了应用分析。     

Topology optimization of structures under multiple loading cases with a new compliance–volume product

This article proposes a new topology optimization method for the design of structures under multiple loading cases. The design is formulated as a multi-objective optimization problem by minimizing a new compliance–volume product, which optimizes the overall stiffness and volume simultaneously to avoid the empirical decision on design constraints and obtain an even lower structural volume. A normalized exponential weighted criterion (NEWC) method is included in the multi-objective optimization problem for the capture of the entire Pareto frontier. A weight evaluation method, in terms of the fuzzy multiple-attribute group decision-making (FMAGDM) theory, is incorporated in the problem to evaluate the weights of the objectives and guarantee the optimal design in an acceptable level. The solid isotropic material with penalty (SIMP) method is used to represent the dependence of elemental densities on material properties. Three typical numerical examples are employed to show the effectiveness of the proposed method.     

铝合金半刚性椭圆抛物面网壳静力稳定性分析

针对目前铝合金单层网壳结构中节点形式过于单一的局面,该文首先研发出了一种新型铝合金半刚性节点--柱板式节点。获得了柱板式节点绕强轴、弱轴和扭转三个方向的弯矩-转角曲线,并将其引入到网壳杆件单元模型中,建立了半刚性节点工字型杆件椭圆抛物面网壳的数值分析模型。在此基础上,考虑节点强轴刚度、节点弱轴刚度、节点扭转刚度及跨度和矢跨比等参数影响,对半刚性节点高强铝合金椭圆抛物面单层网壳进行了弹塑性全过程分析,得到了各参数对网壳极限承载力的影响规律,并详细地考察了网壳失稳时的变形形态。研究发现:网壳失稳时,网壳中的柱板式节点均处于弹性状态,说明柱板式节点有较好的刚度,网壳的失稳为伴随杆件扭转屈曲的局部失稳。     

单层柱面网壳结构的找形

该文研究刚性网壳结构的合理找形问题,将柔性结构中广泛应用的找形概念引入刚性结构,提出基于力密度法的单层柱面网壳结构的找形方法。通过在找形过程中引入自重,解决了高斯曲率为零的柱面网壳的找形问题,且通过合理找形可基本消除自重引起的弯矩和剪力。找形得到的网壳结构与传统柱面网壳在曲面外形上比较相近,但可大幅度提高单层柱面网壳结构的承载能力。该文提出的找形方法效率高、收敛性好,为单层柱面网壳结构的设计开拓了新的方法和思路。     

导管架海洋平台结构模糊优化设计

考虑约束条件边界的模糊性,建立了导管架海洋平台结构模糊优化设计模型。对模糊优化模型中的设计变量、目标函数和约束条件进行了模糊处理。针对导管架海洋平台的特点,用模糊优选法确定约束条件边界容差系数,由界限搜索法求解模糊约束集和模糊目标集之交集的最优水平截集*l,进而求得模糊优化问题的最优解。以胜利油田埕北11#井采油平台为例进行了模糊优化设计,并与确定性优化设计相比较,分析了两种优化设计中设计变量的走向及原因,算例结果还显示目标函数值比确定性优化设计值有较大幅度下降,说明考虑模糊因素进行优化设计的可行性和科学性。     

Multi-objective optimization of fuzzy structural systems

It is recognized that there exists a vast amount of fuzzy information in both the objective and constraint functions of the optimum design of structures. Since most practical structural design problems involve several, often conflicting, objectives to be considered, a multi-objective fuzzy programming method is outlined in this work. The fuzzy constraints define a fuzzy feasible domain in the design space and each of the fuzzy objective functions defines the optimum solution by a fuzzy set of points. A method of solving a fuzzy multi-objective structural optimization problem using ordinary single-objective programming techniques is presented. The computational approach is illustrated with two numerical examples.     

Randomized Complete Block Designs in Industrial Studies

Product quality is a function of several performance characteristics. If it is desired to optimize a single performance characteristic of the product, traditional mathematical models may be used. But, when all the optimum performance characteristics need to be integrated into the product then the problem has to be formulated as a multi-objective optimization problem. In most of the real life situations, the customers' requirements are fuzzy in nature, e.g., minimum surface roughness or maximum strength. This inexact information creates a problem, i.e., where to draw a line between what is required and what is not. This inexactness in the nature of the goals can be studied well through the use of fuzzy set logics.

In the present work, a multi-objective optimization model using the concept of fuzzy set logic is developed. A case study “Obtaining an optimal set of V-process parameters that yields the optimum composite quality features to Al-11% Si alloy castings” is also included in this paper.