基于Kriging-SBO算法的拱桥拱轴线优化设计

为对比设计空间内的所有拱轴方案,得到最佳及可能存在的其他较好可行拱轴设计,以拱轴应力分布为优化目标,提出一套基于Kriging代理模型的拱轴优化方法。该方法用Kriging模型来显式表达应力优化目标与设计变量之间的隐函数关系,同时采用以改善期望准则(EI准则)为加点准则、粒子群优化(PSO,particle swarm optimization)算法为子优化求解算法的SBO(surrogate-based optimization)算法作为目标函数的寻优算法。对圆弧、抛物、悬链,以及3次样条拱轴曲线函数进行分析,确定了这4种常用拱轴线的待优化设计变量;同时给出了表征拱轴全局应力水平的目标函数值的计算方法和拱轴优化的具体流程。最后,对工程算例进行了探索优化,并对优化细节与结果进行了说明与讨论。结果表明:这一方法能得到设计空间内最佳及其他较好可行拱轴设计,其中最佳设计的3次样条拱轴线使算例拱轴最大应力减小67%,关键截面应力方差减小97%。研究能为拱轴选形提供更多选择,也对以应力为目标的拱桥拱轴线优化具有参考意义。

国产Q420D低合金高强度钢的高温拉伸性能

通过对国产Q420D低合金高强度钢进行高温(200~800℃)拉伸试验,得到在不同试验温度下的弹性模量、屈服强度、抗拉强度、断后伸长率以及应力-应变关系,建立了多项式模型、NIST模型和Ramberg-Osgood (R-O)模型,并与国内外的钢结构抗火设计规范进行对比。利用多项式模型和NIST模型对力学参数的折减系数进行拟合;根据不同温度下的应力-应变曲线,基于R-O模型拟合得到Q420D钢的应力-应变本构模型。结果表明,在200~400℃,Q420D钢的强度、弹性模量和断后伸长率与室温相比下降幅度较小﹐温度超过400℃后,其强度和弹性模量下降速率明显加快,断后伸长率急剧增大。

玄武岩纤维增强木质层合板低速冲击力学响应研究

建立了适合于玄武岩纤维增强木质层合板在低速冲击载荷作用下的一种损伤模型,运用Hashin失效准则作为层内损伤的起始判据,线性刚度衰减理论模拟层内损伤的演化,二次名义应力准则模拟层合板的层间损伤。通过ABAQUS建立玄武岩纤维增强木质层合板低速冲击有限元模型,利用上述损伤模型分析了纤维层数和纤维铺层对层合板冲击性能的影响。结果表明:层合板抗冲击性能随着玄武岩纤维层数的增加而提高;对只含1层的玄武岩纤维的层合板,玄武岩纤维排列方式[0°/90°/0°/90°]s优于[0°/45°/90°/45°]s的抗冲击性能。

EGO算法在系杆拱桥成桥索力优化中的应用研究

系杆拱桥成桥索力极大地影响着桥梁整体的最终受力状态。为使已有的索力确定方法能够有更佳的使用效果,笔者提出使用EGO算法对系杆拱桥成桥索力进行优化。本研究阐述了EGO算法核心部分的原理,并给出了其在索力优化中的数学模型和具体优化步骤。最后,通过工程案例对所提的方法进行验证,得出了其具有良好的索力优化效果的结论。本研究所采用的方法能给系杆拱桥索力的优化和已有索力确定方法的改进提供一定参考。

基于Maple的三铰斜拱力学分析及矢跨比优化

对三铰斜拱的合理拱轴线问题、影响线计算问题和矢跨比优化问题进行了分析。假定截面弯矩恒等于零,解得三铰斜拱在水平均布荷载作用下的合理拱轴线函数。基于静力平衡方程推导了支座反力影响线函数,并进一步求得截面内力的影响线表达式。建立了以各控制点内力平方和为目标函数的矢跨比优化模型。最后,进行了相应Maple程序的编制,并通过工程算例进行了验证。结果表明,合理拱轴线函数使算例弯矩大体趋近于零;Maple分析所得影响线与SAP2000结果基本吻合;矢跨比优化使截面轴力减小了9.05%。以上工作可为三铰斜拱相关力学分析及优化设计提供一定的便利与参考。