基于等几何裁剪分析的拓扑与形状集成优化

提出了将设计和分析、拓扑与形状优化集成的思想,探索了基于等几何裁剪分析的拓扑与形状集成优化设计算法,该方法统一了结构优化的计算机辅助设计、计算机辅助工程分析和优化设计的模型,基于B样条的等几何裁剪分析既能准确表达几何形状,又可以用裁剪面分析方便处理任意复杂拓扑优化问题,由裁剪选择标准确定合理的拓扑结构变动方向,结构变动时无需重新划分网格,设计结果突破初始设计空间的限制,还可方便优化形状。建立了等几何裁剪灵敏度分析的计算方法,给出了等几何裁剪分析拓扑与形状集成优化算法,通过典型实例表明所用方法的正确性和有效性。     

基于并行混沌和复合形法的桁架结构形状优化

针对多工况下受应力、位移和局部稳定性约束的桁架形状优化问题,提出了基于并行混沌优化算法和复合形法的混合优化算法。该算法综合利用了并行混沌的全局搜索能力,复合形法的快速局部搜索能力和混沌细搜索。首先,利用并行混沌优化算法快速搜索到全局最优解附近,然后应用改进复合形法以并行混沌的优化解为初始复形进行搜索,提高了最优解的搜索速度,最后应用混沌细搜索策略提高最优解的精度。两个典型数值算例验证了该混合优化方法对桁架形状优化问题的有效性和稳定性。     

地面运动激励下结构的动力学形状优化设计

通过推广和修改ESO方法来进行结构形状优化设计，以达到控制地面运动激励下的结构随机动力响应的目的，根据工程实际要求，用随机动力学理论构造具有白噪声功率谱的地面运动的随机响应表达式。基于特征导数的模态截断法和近似处理，导出了一套平均均方动响应的灵敏度公式，在优化软件上实现了形状优化算法，提供的算例显示了本方法的合理性和有效性。     

基于遗传算法和梯度算法的衍架结构动力学形状优化

本文提出了一种基于遗传算法和梯度算法的衍架动力学形状优化方法，该方法综合了梯度算法的快速收敛与遗传算法的全局搜索能力。算例表明了本文方法的有效性和工程适应性。     

基于遗传算法和梯度算法的桁架结构动力学形状优化

本文提出了一种基于遗传算法和梯度算法的桁架动力学形状优化方法 ,该方法综合了梯度算法的快速收敛与遗传算法的全局搜索能力。算例表明了本文方法的有效性和工程适应性。     

复杂三维曲梁结构的无闭锁等几何分析算法研究

梁结构在工程中应用广泛,梁结构的仿真分析是计算力学的一个重要研究内容。该文研究了复杂三维曲梁结构的等几何分析方法,首次应用拟协调有限元中的多套函数技术,使用降阶基函数逼近梁内应变项,解决复杂三维曲梁结构仿真中的闭锁问题。利用全局坐标系列式方法,避免了单元刚度阵组装时的复杂坐标变换过程,提高计算效率。使用多片NURBS （非均匀有理B样条）数据表示复杂三维梁结构,可精确描述曲梁结构的几何形状,与有限元方法等仿真技术相比避免了网格生成过程,减少了几何误差。数值结果表明该文算法可有效解决闭锁问题,适于复杂三维曲梁结构的仿真分析。     

基于演化算法的带频率约束的桁架结构形状和尺寸优化

具有频率约束的桁架结构形状和尺寸优化设计是一个难度大的非线性动力优化问题。形状和尺寸变量的耦合通常导致收敛困难,而频率约束则使得动力灵敏度分析困难,传统的优化准则法和数学规划法难于求解。将单纯形算法、子空间变维技术、均匀变异有机融入郭涛算法,提出一种混合演化算法,避开繁琐的动力灵敏度分析,简单、有效地求解这类桁架形状和尺寸优化问题。典型的桁架算例验证了算法的有效性和可靠性。     

基于有限元灵敏度分析的预锻模具形状优化设计

在控制锻件几何形状的前提下 ,采用有限元灵敏度分析方法 ,对预锻模具形状进行优化设计 .针对下模速度为零时 ,速度灵敏度边界条件为零 ,其形状在优化迭代过程中得不到优化的情况 ,对速度灵敏度边界条件提出改进措施 ,使上下模具形状同时能够得到优化 .最后给出了优化设计实例 ,验证该方法的可靠性 .     

离散变量桁架结构拓扑优化设计的混合算法

将相对差商法和混沌优化结合起来,形成求解离散变量桁架结构拓扑优化设计的混合算法。利用相对差商法可以对离散变量快速寻优的特点,及混沌变量的全局遍历性,可以有效地跳出局部最优解,达到拓扑优化全局寻优的目的。通过采用和准最优解的对比及几何稳定性的判断等辅助性技术,降低了重分析次数。同时,高效的重分析方法的结合,提高了求解的效率,也避免了拓扑优化问题中求解的一些困难。算例表明,该算法对于离散变量的拓扑优化设计问题是快速有效的。     

一种改进的人工蜂群算法及其在桁架几何优化设计中的应用研究

由于人工蜂群(artificial bee colony,ABC)算法存在收敛速度慢、易陷入局部最优的缺点,采用设置自适应缩放因子和基于适应度排序的选择方式代替传统的轮盘赌模型,提出了一种改进的快速人工蜂群算法(fast artificial bee colony,FABC).基于这种FABC算法对4个离散变量的几何优化模型进行了优化,并与遗传算法(GA)、蚁群算法(ACA)、启发式粒子群优化算法(HPSO)和群搜索算法(GSO)作了比较.结果表明,这种改进的人工蜂群算法具有较好的收敛精度.另外,ABC算法以及FABC算法结构简单,可应用在其他优化问题上.     

SHAPE DESIGN SENSITIVITY ANALYSIS AND OPTIMIZATION FOR STRUCTURAL DURABILITY

In this paper, a design sensitivity analysis (DSA) method for fatigue life of 3-D solid structural components of mechanical systems with respect to shape design parameters is presented. The DSA method uses dynamic stress DSA obtained using an analytical approach to predict dynamic stress increment due to design changes; computes fatigue life of the component, including crack initiation and crack propagation, using the predicted dynamic stress; and uses the difference of the new life and the original life at the same critical point to approximate the sensitivity of fatigue life. A tracked vehicle roadarm is presented in this paper to demonstrate accuracy and efficiency of the DSA method. Also, this method is applied to support design optimization of the tracked vehicle roadarm considering crack initiation lives as design constraints. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.     

SHAPE OPTIMIZATION AND MINIMUM WEIGHT LIMIT DESIGN OF ARCHES

The paper is concerned with the optimization of arches, using classical beam finite elements, for the minimum elastic displacements and the minimum weight designs under ultimate loading conditions.

The concept of separate but dependent design spaces for node coordinates and member plastic capacities is introduced. The shape optimization problem, whereby a norm of the elastic displacement vector is minimized, is formulated in the space of node coordinate variables. Then the minimum weight limit design problem in the space of member plastic capacities is considered using the static theorem of limit analysis. An iterative procedure alternating these two approaches is presented in the paper. The nonlinear unconstrained optimization and linear programming techniques are used to solve the corresponding numerical problems. The proposed method is illustrated by numerical examples.     

索形优化后的双向张弦梁索力静载试验设计与研究

基于平衡荷载值确定双向张弦实腹梁结构的形状,设计了一个索形优化后的双向张弦梁整体结构索力静载试验。用万向节模拟撑杆与上弦钢梁节点,用特制花篮螺丝和改装的U型绳卡模拟拉索张拉端和锚固端,采用多点分配梁杠杆集中加载与跨中直接吊挂加载相结合的加载方案。试验结果显示,经过索网形状优化之后,竖向荷载增大到设计平衡荷载值时,双向各索索力值相近,分布均匀,明显改善受荷阶段结构中的索力分布。双向张弦梁下弦索对非对称活载尤其是二分之一跨分布形式较为敏感,可能出现边跨索力超过同级全跨荷载下的现象。     

薄膜体系找形设计中二次找形方法的提出及其力学原理

介绍了利用非线性有限元法进行薄膜体系找形分析的相关理论和相应的有限元计算公式,在此基础上提出了二次找形的概念,指出只有通过二次找形后得到的曲面才是在工程实践中能够真正实现的形状,并通过理论和工程算例证明了本方法的正确性和有效性。     

平面桁架结构拓扑优化设计的改进智能算法

结构拓扑及形状退火算法(STSA)用于桁架结构拓扑优化设计,其优化特点为注重结构构型的改变而较少考虑结构的力学性能,而针对既定几何构型的桁架结构截面优化,满应力准则法(FSD)具有明显优势,因此,将其引入退火历程改进STSA。提出结构几何构型状态相对稳定判别方法,并以结构构型状态相对稳定作为引入FSD的最佳时机形成杂交算法。算例分析表明：该改进智能算法使寻优搜索过程更为稳定,其表现为搜索效率、鲁棒性和最优解均得以改善。     

有限元线法求解非线性模型问题——Ⅱ.扭转杆的最优截面

作为有限元线法(FEMOL)求解非线性问题的系列工作之二,本文将该法应用于形状优化问题,对扭转杆的截面优化这一模型问题作了分析求解。文中首先对双连域截面的扭转问题作了FEMOL推导,然后允许结线的长度改变以描述不同的截面形状,再利用若干变换技巧将形状变量及优化条件引入常微分方程(ODE)体系中,从而将问题转换成标准的非线性ODE问题,并由ODE求解器进行求解。文中算例显示了本法对形状优化问题的求解具有方法简洁、实施方便、效率显著等优点。     

强震下钢框架结构易损性分析及优化设计

该文建立了一种考虑结构地震反应滞回变形幅值对累积耗能损伤影响的双参数损伤模型,提出了一种基于易损性分析的评估钢结构在地震作用下损伤程度的方法,该方法以结构最大层间位移角作为评价结构整体能力的参数指标。以一个9层Benchmark钢结构为例,针对其在强震中的反应特征,对其薄弱层进行了优化设计,建立其优化前后的理论易损性曲线,对其在不同强度地震作用下的破坏状态进行评估。基于倒塌储备系数对优化前后结构的抗倒塌性能进行分析,结果表明:所提出的损伤评估方法能较准确地评估钢结构在强震作用下的损伤程度,优化设计后结构的抗倒塌能力显著提高。     

基于蜂窝材料结构相似有限元模型的夹层结构抗爆炸冲击特性优化设计分析

根据蜂窝材料压缩力学理论,提出了一种蜂窝材料的结构相似有限元模型构建方法,并在蜂窝材料轴向压缩和夹层结构抗爆炸冲击2种分析工况下对结构相似模型计算分析的等效性进行了验证。结果表明,蜂窝材料的结构相似有限元模型不仅能够描述原蜂窝材料的宏观压缩力学特性,而且可以大幅地提高模型计算效率,为蜂窝材料夹层结构的抗爆炸冲击特性分析与设计优化提供条件。基于该结构相似有限元模型,以最小化蜂窝材料夹层结构的面密度为设计目标,利用自适应响应面方法对夹层结构的主要设计参数进行了优化,在结构的爆炸冲击响应速度峰值不增大的条件下提高了结构的轻量化水平。     

具有形状和应力约束的连续体结构拓扑优化及其在框架结构设计中的应用

本文研究了在形状和应力约束下的连续体结构拓扑优化问题,采用满应力法求解保证了应力约束的满足;根据对形状的要求,固定部分单元不被删除,强迫最优拓扑满足设计要求。对框架结构进行了计算,结果表明了算法的正确性。     

不同截面梁构件的刚度和稳定性优化设计

本文运用有限元分析与优化设计软件JIFEX,对五种常用截面梁结构的尺寸和形状进行了抗剪、抗弯、抗扭的刚度优化设计和在轴力、剪力作用下的结构稳定性优化设计.通过对优化设计的计算结果分析,得到了对工程设计有意义的若干结论.然后通过飞机结构中一种波形梁构件的优化,进一步讨论了波形梁的波数对结构稳定性和刚度的影响.