基于ICM法的高层建筑大型支撑体系拓扑优化

提出应用连续体结构拓扑优化ICM法对高层建筑大型支撑体系进行拓扑优化。针对高层建筑规范对结构刚度限值是以层间相对位移差形式给出、并结合结构拓扑优化特点,推导了相对位移差敏度分析的伴随法公式,有效提高了计算效率。应用ICM法建立位移约束下结构重量极小化的优化模型,与高层建筑规范对结构刚度限值要求的提法更符合,得到的最优拓扑完全满足规范要求。所提方法应用在概念设计阶段,提供了一种自动化的分析计算及优化设计工具,可以有效地弥补基于经验设计的不足。     

避免MCVC结构拓扑优化模型出现机构的方法

为了避免带体积约束的柔顺度最小化(minimum compliance with a volume constraint,MCVC)模型出现机构,借助带位移约束的重量最小化(minimum weight with a displacement constraint,MWDC)模型,寻找MCVC模型中安全可靠的物理的或者结构性能的参数阈值.99行程序和120行程序分别被用来求解MCVC和MWDC模型.通过对大量出现机构的病态算例进行研究分析发现,当迭代过程中的最大应变能比小于某个阈值时,或者当体积比大于某个阈值时,就可避免机构出现.然而,这2个阈值是依赖于问题的,即对于不同的结构与/或载荷工况,这2个阈值均会取不同的值.在本文测试的算例中,最大应变能比阈值的范围为4.59~12.38,体积比阈值的范围为0.15~0.26.     

一种环境激励下基于应变测试的结构损伤指标

在线结构监测的损伤识别指标须对结构局部损伤敏感且计算量小以适合在线数据处理的需求.应用自然激励技术及数理统计理论,建立了基于环境激励下结构应变测试数据的损伤指标。算例比较表明,基于应变测试数据建立的损伤指标比基于位移及模态频率的指标对结构局部损伤更为敏感,依据应变测试数据的损伤指标可以很好地检测损伤的发生并大致确定损伤发生的位置.     

带理性运动极限的序列二次规划算法

序列二次规划(SQP)算法的基本思想是通过一系列的二次规划(QP)子问题来逐次逼近原问题.为了给定QP子问题一个更加合适的求解空间(超多面体),将理性运动极限应用于SQP算法,提出了一种带理性运动极限的序列二次规划算法,从而以较为理性的方式求解搜索方向,而且也有利于确定搜索步长,数值算例表明这一方法是可行且有效的。     

调控在役结构进入良性工作状态的装配误差法

基于超静定桁架的内力特点,利用装配应力,使在役结构各杆件强度标志的工作状态更为合理地得到调整.提出了各杆工作状态指标的概念,根据等强度准则,进而提出了结构最合理工作状态指标的概念.     

应该为结构拓扑优化的设计变量正名和处理方法顺言

为了澄清拓扑化概念及促进发展,从基本概念入手,阐述了为拓扑变量正名、为有关映射顺言的必要性和迫切性。连续体结构拓扑优化方面的研究,以往学者们不注意厘清拓扑变量的概念,没有探讨其独立地位,而是依附于结构优化低层次,采用惩罚函数使变量趋于0/1,有研究者于2004年意识到应当引进Heaviside函数取代惩罚函数。其实,笔者在1996年提出的独立连续映射( independent continuous mapping,ICM)方法中已经彻底解决了这些问题：定义独立层次的拓扑变量;采用阶跃函数及其逆函数的近似逼近。本文阐述了ICM方法的概念,并以频率约束拓扑优化为例详述了建模及求解。算例表明ICM方法因概念清晰显示出明显优势。《论语·子路篇》曰：“名不正则言不顺,言不顺则事不成。”正名方可顺言,是时候该为结构拓扑优化的设计变量正名和处理方法顺言了。     

非线性0-1规划问题的连续化及其遗传算法解法

为了求解非线性0-1离散规划问题,通过非线性等式的"离散性约束"将其转化为[0,1]区间上等价的连续变量非线性规划.对于目标函数非线性、约束线性的0-1规划问题,可以使用乘子法来解决含"离散性约束"的非线性优化问题.对于目标函数和约束函数均为非线性的问题,可以采用约束松驰法将离散性约束松弛为不等式约束.两种方法处理后均使用遗传算法程序GENOCOP求解.乘子法求解得到的结果比较准确,约束松弛法属于近似方法,可以求解带非线性不等式约束的问题.用本文的方法对多个非线性0-1规划同题的算例进行了计算,并将计算结果同枚举法的计算结果比较,结果表明该方法准确、有效.     

φ73×5.51mm油管螺纹连接失效分析

73× 5 5 1mm新油管工作 4 6天发生螺纹脱扣。通过对失效油管的螺纹宏观形貌、微观形貌的分析和管材化学成分、常温力学性能、金相组织的检验 ,结果表明 ,由于液压钳上扣时过扭矩和高转速的作用 ,导致螺纹发生粘扣而失效     

勾形磁场下直径300mm CZ Si熔体中氧浓度分布的数值模拟

采用低雷诺数Ｋ-ε紊流模型，考虑自然对流、晶体旋转和坩埚旋转等因素，对晶体直径为300mm，磁场强度变化范围在0～0.12T条件下，熔体硅内流场及氧的浓度分布、磁场分布等作了数值模拟．计算中采用有限体积法，运用SIMPLE(semiimplicit method for pressure linked equations)算法耦合压力和速度场，动量方程、能量方程中对流项的离散采用QUICK(quadratic upwind interpolation of convective kinematics)格式，紊动能和耗散项方程中对流项的离散采用迎风格式．数值模拟结果表明，在勾形磁场作用下，熔体硅内的流场、氧的浓度分布与无磁场作用相比有较大不同，随着磁场强度的增加，生长界面处氧的浓度降低，并且磁场确实能有效地抑制熔体内的紊流，有利于晶体生长．     

带规则波纹薄壁结构抗撞性分析的并行化与优化设计

薄壁吸能结构是碰撞等突发事件中吸收冲击动能的主要构件,其性能直接关系到人身的被动安全.文中在传统光滑表面的薄壁结构上添加规则波纹,建立相应的理论模型,运用有限元数值模拟软件( ANSYS/LS - DYNA)对新结构的最大吸能进行分析,应用响应面法拟合出结构吸能最大值的函数,采用遗传算法对拟合出来的优化模型进行求解,从而得到波纹高度和波纹顶点到轴线距离的最优值,使得结构的吸能最大值提升了76％.其中,结构抗撞性分析的计算量大,将其进行并行化,从而减少了计算时间,提高了效率,为结构抗撞性分析提供了一个高效可靠的方法.