基于神经网络响应面的复合材料结构优化设计

用正交试验设计的方法选择样本点构建神经网络响应面,将神经网络响应面作为优化的目标函数或约束条件,加上其它常规约束条件建立优化模型,应用遗传算法 (GA) 进行优化,形成一套适用于复杂结构设计的高效优化方法。以复合材料帽型加筋板的重量优化问题为例,建立了加筋板模型的重量响应面目标函数、强度和稳定性响应面约束条件;并用PATRAN/NASTRAN进行有限元计算,获取用于响应面训练的样本点数值。算例表明:该方法能以很少的有限元分析次数,取得高精度的响应面近似模型,并且使优化效率大大提高。      

碳纤维复合材料保险杠铺层优化设计研究

对碳纤维复合材料保险杠碰撞性能进行研究,并进行铺层优化设计。先在HyperStudy中进行试验设计获得大量试验数据,然后采用HyperKriging方法构建近似模型,随后采用遗传算法进行铺层优化,最后将最优解重新代入原模型,进行运算验证。相对于原钢制保险杠,优化后的碳纤维复合材料保险杠有更佳的安全性能,且质量显著减轻,减轻63.3%。碳纤维复合材料对于汽车碰撞安全性及轻量化具有重要的研究意义。     

基于分布式计算的复合材料机翼优化设计

将遗传算法与高精度的通用有限元分析软件相结合, 并将其应用于复合材料机翼满足气动弹性要求的优化设计中。为了提高采用遗传算法的复合材料机翼优化设计的效率, 探讨了将分布式计算与遗传算法进行集成, 形成了基于分布式计算和遗传算法的复合材料机翼优化设计方法, 并应用该方法解决某大展弦比复合材料机翼副翼和舵面操纵反效问题。计算结果表明, 该方法可用于解决工程上复杂结构优化问题。      

复合材料火箭定向管铺层角度优化

运用ABAQUS的二次开发语言对复合材料定向管进行参数化建模,通过火箭弹发射过程的瞬态动力学分析对复合材料定向管的铺层角度进行优化设计,以提高其结构强度。设计过程中利用优化软件iSIGHT集成有限元分析软件ABAQUS,采用多岛遗传算法和序列二次规划法相结合的优化算法,进行瞬态动力学的优化。经过优化设计,得到了合理的铺层角度,使复合材料定向管的强度性能有了显著提高。     

基于遗传算法的复合材料结构-声辐射优化研究

研究了外载荷作用下的复合材料结构振动响应和声辐射问题。在此基础上,分析了复合材料的结构一声辐射优化设计模型,基于遗传算法进行了对称型复合材料板结构的结构一声辐射铺层几何优化分析。数值算例表明,复合材料板结构的铺层数、铺层厚度和铺层角度等参数优化,可以有效降低结构的振动和声辐射。数值算例结果验证了优化方法的有效性。     

基于冲击损伤的复合材料气瓶铺层顺序优化设计

基于瞬态动力学理论和遗传优化算法,以提高抗冲击损伤能力为优化目标对复合材料气瓶的铺层顺序进行优化.遗传算法利用MATLAB软件实现,复合材料气瓶冲击损伤分析采用ANSYS进行,通过两个软件之间的信息传递,实现优化计算.以铝内胆复合材料气瓶为算例进行优化,结果表明,在同一冲击能量下,优化后的气瓶基体破裂面积和基体破裂层数...     

基于遗传算法的复合材料层压板固有频率的铺层顺序优化

本文提出了一种用于组合优化的译码方式和遗传算子.对给定铺层的复合材料层压板在满足固有频率的要求下,采用遗传算法进行了铺层顺序的优化.算例的计算表明:采用本文所述方法,只要搜索解空间的一小部分就能收敛到组合优化问题的最优解.      

基于可靠性的复合材料定向管优化设计

基于Tsai-Wu失效准则和一次二阶矩法,建立了复合材料定向管强度可靠性分析的方法。应用Python语言实现了ABAQUS 的二次开发,编程将有限元计算程序与可靠性分析方法相结合,并采用多岛遗传算法和序列二次规划算法相结合优化策略,建立了基于可靠性的定向管铺层参数动态优化模型。优化算例表明:在满足强度可靠度条件下,复合材料定向管重量减小了22.5%。     

考虑屈曲的复合材料加筋壁板铺层顺序优化

提出了一种考虑屈曲的复合材料加筋壁板铺层顺序优化方法。基于复合材料加筋壁板屈曲载荷求解的能量法,系统推导了轴压载荷作用下复合材料加筋壁板蒙皮、筋条局部屈曲载荷的显示表达式,考虑了加筋壁板各板元之间的弹性支持作用及筋条下缘条的影响,引入工程法求解了加筋壁板整体屈曲载荷。基于国产自主结构分析软件HAJIF中的复合材料铺层工程数据库,以铺层参数为中间变量,利用本文提出的复合材料加筋壁板屈曲载荷求解方法,构建了考虑屈曲的复合材料加筋壁板铺层顺序优化设计流程并完成程序实现,将最小二乘法用于最优铺层顺序与工程铺层数据库的匹配。相比于传统有限元计算方法,本文提出的复合材料加筋壁板屈曲载荷求解方法具备较好的求解精度及求解效率。复合材料加筋壁板优化算例表明,采用本文提出的加筋壁板屈曲载荷分析及其优化方法,在结构重量不变的前提下,屈曲载荷提高约17%,且铺层顺序优化结果可直接从铺层工程数据库中提取并用于工程实际。      

高转速复合材料圆柱壳结构可靠性优化设计

为解决高转速下复合材料圆柱壳的结构可靠性问题, 推导了高速旋转状态下复合材料圆柱壳的应变方程, 并以此为基础导出了圆柱壳各层轴向、 环向和剪切应力以及相应的主轴应力, 给出了各层应力随角度层的角度和厚度的变化规律。然后以各层强度可靠度大于0.99为目标函数, 对复合材料圆柱壳的结构参数进行了优化设计。      

Robust optimization of structures subjected to stochastic earthquake with limited information on system parameter uncertainty

The optimization of structures subjected to stochastic earthquake and characterized by uncertain parameters is usually posed in the form of non-linear programming with stochastic performance measures where the uncertain parameters are modelled as random variables. Such an approach, however, cannot be adopted in many real life situations when the limited information about uncertainty can be only modelled as of the uncertain but bounded (UBB) type. A robust optimization strategy for stochastic dynamic systems characterized by UBB parameters is proposed in the present study in the framework of the response surface method (RSM). In evaluating the stochastic constraints, repeated computations of the dynamic responses are avoided by applying an adaptive RSM based on the moving least squares method. Numerical results are presented to highlight the effectiveness of the proposed procedure. The effect of parameter uncertainty is also studied by comparing the results obtained from the proposed optimization approach with the conventional stochastic optimization results.     

非线性隐式极限状态方程失效概率计算的组合响应面法

提出组合响应面的新方法,用以计算设计点附近非线性程度较大的隐式极限状态方程的失效概率。该方法用主响应面和多个次响应面近似对失效概率贡献较大的区域,其响应面函数形式为不含交叉的二次多项式。主响应面依据传统响应面法通过选择适当的插值点和迭代运算获得,其设计点为主设计点。延坐标轴正负方向偏移主设计点得到拟均值点。以拟均值点为基础得到一组次响应面和次设计点。通过主次响应面在各自设计点处的切平面建立组合响应面近似原隐式极限状态方程,并计算其失效概率。算例结果说明所提方法具有较高精度。     

基于响应面的白萝卜热风干燥品质及工艺研究

目的 探究不同工艺条件下白萝卜热风干燥品质和效率的变化。方法 采用单因素试验方法,研究了干燥温度、相对湿度、物料厚度对白萝卜的品质、干燥特性的影响规律;以复水比、色泽、干燥时间为评价指标,对数据进行归一化处理,然后构建综合评分模型;采用Box-Behnken响应面法进行优化试验,将综合评分作为响应值建立回归模型,得到干燥品质最佳、干燥用时最短的工艺参数组合。结果 在干燥温度55℃、相对湿度23%、物料厚度10 mm的条件下,白萝卜的干燥时间为490 min,复水比为3.851,色差为25.724,综合评分为0.953,干燥效果最佳,说明采用该干燥工艺参数能够有效提高干燥品质,缩短干燥时间;拟合模型的R2为0.957 1,实际值与模型理论值之间的误差仅为1.4%,表明模型稳定可靠,适用于白萝卜热风干燥。结论 基于响应面优化获得的最优工艺参数及回归模型,能更好地预测白萝卜在不同工艺条件下的干燥特性变化,有效提升了干燥效果,为白萝卜热风干燥工业化应用和高品质储存提供了理论基础。     

Application of the response surface methods to solve inverse reliability problems with implicit response functions

The inverse first-order reliability method (FORM) is considered to be one of the most widely used methods in inverse reliability analysis. It has been recognized that there are shortcomings of the inverse FORM in solving inverse reliability problems with implicit response functions, primarily inefficiency and difficulties involved in evaluating derivatives of the implicit response functions with respect to random variables. In order to apply the inverse FORM to structural inverse reliability analysis, response surface methods can be used to overcome the shortcomings. In the present paper, two different response surface methods, namely the polynomial-based response surface method and the artificial neural network-based response surface method, are developed to solve the inverse reliability problems with implicit response functions, and the accuracy and efficiency of the two response surface methods are demonstrated through two numerical examples of steel structures. It is found that the polynomial-based response surface method is more efficient and accurate than the artificial neural network-based response surface method. Recommendations are made regarding the suitability of the two response surface methods to solve the inverse reliability problems with implicit response functions.