水平变刚度优化设计对桩筏基础动阻抗的影响

为研究水平变刚度优化设计对桩筏基础动刚度的影响,针对成层地基上的大型桩筏基础,采用直接法计算桩筏基础模型在水平、竖直和回转三个方向上的动阻抗函数。对比分析了不同地震动水平下,变桩径和变桩距对桩筏基础动阻抗函数的影响。结果表明,水平变刚度优化设计和地震动水平对所研究桩筏基础动阻抗函数的影响随输入频率的变化而变化。当输入频率较小时,水平变刚度优化设计对桩筏基础三个方向动刚度的影响均不明显,当输入频率较大时,桩筏基础水平方向动刚度会减小,但竖向和回转方向的动刚度不受影响;地震动水平的增加会减小土体的等效剪切模量、增加土体的等效阻尼比,进而减小桩筏基础动阻抗函数曲线的振荡幅值。建议对桩筏基础进行不同输入荷载频率的研究,以确保优化设计的可靠性。

基于机器学习的变刚度纤维增强复合材料最小化结构柔顺性优化设计

纤维增强复合材料层合板的变刚度优化设计,通过逐点优化纤维铺角的可设计性,从而匹配结构中应力状态的空间变化,更高效地发挥纤维增强复合材料层合板在强度与刚度性能上的方向性,为设计师提供了更广阔的设计空间与设计灵活度.然而,基于梯度类算法的传统复合材料变刚度优化设计,因其设计变量众多,不可避免地在结构分析与灵敏度分析中面临大规模计算的挑战.同时,结构在概念设计阶段存在载荷工况随机性问题,如何在初始概念设计阶段,针对随机载荷工况制定高效的设计方案具有重要工程价值.近年来,随着人工智能与高性能计算的快速发展,基于传统优化获得的数据集构建端到端的机器学习模型,为实现实时的复合材料变刚度优化提供了可能.文章采用反向传播(back propagation,BP)神经网络算法,建立了基于机器学习的纤维增强复合材料变刚度优化设计方法.首先,基于正态分布纤维优化(normal distribution fiber optimization,NDFO)插值格式,构建以最小化结构柔顺度为目标的复合材料变刚度优化设计模型,考虑载荷大小与方向的随机性,获得神经网络模型训练所需的样本集数据.其次,以最小均方误差(means square error,MSE)为目标函数,采用BP神经网络模型对样本数据集进行训练.最后,建立基于皮尔逊相关系数(Pearson correlation coefficient)、均方误差的模型评价体系,对生成的神经网络模型进行评价.数值算例讨论了含圆孔MBB梁与悬臂C型梁变刚度优化设计,详细阐述了基于机器学习的复合材料变刚度优化方法的实施过程,系统地对比了所提出的基于机器学习的复合材料变刚度优化与传统基于NDFO插值格式复合材料变刚度优化设计结果在纤维铺角轨迹和目标函数的差异,验证了本方法的有效性.

复杂环境中大规模桩筏基础的优化设计方法研究

变刚度优化设计对于复杂环境中的大规模桩筏基础始终是一个重要难题。基于有限元分析提出一种两阶段优化设计方法,该方法首先根据传统均匀布桩方案的桩顶应力分布对群桩进行分区,然后依据每个子区域桩顶应力之间的关系确定基桩数量调整系数,最后通过调整桩间距来改变各子区域的基桩数量,从而实现变刚度优化设计。运用该方法对多层土体中承担非均匀上部结构荷载的大规模桩筏基础进行变刚度优化设计,计算结果表明优化设计后筏板的差异沉降、平均整体弯矩和群桩顶部的差异应力均显著降低。该方法计算简单,应用范围广,且不受复杂土层条件、非均匀上部结构荷载以及桩基础规模大小形状的限制。

Aeroelastic optimization on composite skins of large aircraft wings

This paper presents studies of aeroelastic optimization on composite skins of large aircraft wings subject to aeroelastic constraints and strength/strain constraints. The design variable for optimization was the ply thickness of the wing skin panels, and the structural weight was the objective function to be minimised. The impacts of three strength/strain constraints and the ply proportion of the wing skin panels on the optimization results are discussed. The results indicate that the optimal composite wings that satisfy different constraints have remarkable weight advantages over metal wing. High levels of stiffness can be achieved while satisfying the constraints regarding allowable design strains and failure criteria. The optimization results with variable-proportions indicate that wing skins with higher proportions of 0° plies from the root to the middle segment and ±45° plies outboard have a more efficient and reasonable stiffness distribution.