离散变量结构形状优化设计的拟满应力遗传算法

为了弥补遗传算法局部寻优能力差的缺点,将拟满应力算法嵌入到遗传算法中构成一种结合二者优点的混合遗传算法,并将该算法应用于离散变量结构形状优化设计问题.将形状设计变量和截面设计变量统一考虑,编码表示在同一染色体中.既解决了两类变量间耦合上的困难,同时也避免了将两类变量分开考虑只能求得局部最优解的问题.算例的结果表明,该方法用于离散变量结构形状优化是有效的.

一种克服满应力振荡的新算法──协调耦合优化法

振荡是满应力设计中一个尚未彻底解决的难题．本文仔细分析了产生振荡的根本原因，求出了设计变量之间的应力耦合值，并用网状分解法系统级的协调优化思想来协调清应力设计变量之间的应力耦合，从而使满应力设计的振荡得到了有效的控制．几个具有代表性的算例也证明了这一算法的稳定性与先进性．

离散变量结构优化的拟满应力设计方法

本文以满应力设计思想为基础，提出了适用于离散变量结构优化设计计算的拟满应力设计方法。该方法能直接计算具有应力约束和截面尺寸约柬的离散变量结构优化设计问题，也能处理同时具有稳定性约束和位移约束的多工况、多约束、多变量的离散变量结构优化设计问题。算例结果表明，拟满应力设计方法对于离散变量结构优化计算是非常有效的。

满应力优化在连栋温室设计中的应用

造价是衡量温室结构设计优劣的一个重要因素 ,降低造价最有效的途径是降低用钢量。利用满应力优化设计的原理 ,建立了基于最合理受力的温室结构优化数学模型 ,并把满应力优化应用于温室结构的优化设计中 ,编制了优化设计程序。经过典型例题的检验 ,证明程序可靠 ,可以作为优化设计的辅助工具。利用程序对实际工程进行了优化设计 。

离散变量结构优化设计的拟满应力遗传算法

以力学准则法为基础,提出了一种求解离散变量结构优化设计的拟满应力方法;这种方法能直接求解具有应力约束和几何约束的离散变量结构优化设计问题。通过在遗传算法中定义拟满应力算子,建立了一种离散变量结构优化设计的混合遗传算法拟满应力遗传算法。算例表明:这种混合遗传算法对于离散变量结构优化设计问题具有较高的计算效率。

空间相机桁架支撑结构满应力优化设计与试验

针对空间相机桁架式支撑结构在设计过程中难以同时保证重量轻且刚度高的问题,提出了采用满应力方法对桁架杆截面进行优化设计的思想.以桁架杆重量最低为优化目标,桁架杆自重变形和桁架的一阶固有频率为约束条件,桁架杆截面的内外径为优化变量,建立了基于满应力准则的优化模型.经过优化,桁架杆截面的外径为50 mm,内径40 mm,质量6.1kg,一阶固有频率121 Hz.采用有限元法对优化结果进行模态校核和重力变形校核,同时为检验碳纤维复合材料的热稳定性,对桁架组件进行了热变形分析.得到次镜的偏心和偏转均满足光学设计要求.对优化设计出的桁架组件进行了0.2g扫频试验以及尺寸稳定性试验.试验结果表明,桁架组件一阶固有频率为119Hz,与理论分析结果基本吻合;在45N外力载荷和15℃均匀温升载荷的作用下,桁架稳定性能良好.次镜的偏心和偏转均小于5″,满足光学设计要求.优化设计出的桁架支撑结构具有刚度高、尺寸稳定等特点,这为实现空间相机向大口径、长焦距、轻型化方向发展奠定了研究基础.

基于SKO方法的满应力结构拓扑优化设计

自然界的生物结构在自适应生长规律的控制下形成了既没有不承载区,也没有过载区的最优材料布局形态,基于这种自适应生长规律原理的SKO(soft kill option)方法可用于工程结构的拓扑优化设计。深入探讨了基于满应力准则的SKO原理的实现方法,并着重讨论了结构拓扑形态寻优过程中的设计参数、寻优策略等关键技术,以若干典型的设计实例说明了该方法的有效性。

型钢桁架满应力优化设计研究

满应力设计法是型钢桁架优化的最直接和最有效的方法之一,但优化计算过程复杂,计算效率低。与有限元法相结合,采用满应力设计理论编制了桁架优化设计通用程序,可以对各种类型、各种形状的桁架结构在多种工况下进行自动优化设计,大大提高了优化运算效率。

板壳结构满应力设计及在MSC/Nastran软件上的实现

根据满应力准则和板壳结构的应力与内力的关系,推导了求解板壳结构满应力设计的迭代关系式。采用无量纲设计变量实现变量连接,一个设计变量可以控制多个不同厚度的单元,扩大了程序的适用范围。在MSC/Nastran软件的基础上开发了适用于多工况、多变量的板壳满应力优化程序。利用Nastran的开放性,借助Pat-ran提供的PCL(Patran Command Language)开发环境,程序完全和Patran及Nastran融为一体。首先在Patran中建立有限元模型,利用Nastran进行有限元分析,按照满应力准则对设计变量调整,然后再次利用Nastran进行分析,这样反复迭代直到结构重量收敛。数值算例表明算法的可靠性、精确性和高效性,程序能够满足工程实际需要。

采用相似变换解决含压杆稳定约束的桁架满应力设计

基于满应力设计思想,考虑桁架杆件在压力作用下的局部稳定约束,采用相似变换的方法,找出了惯性矩I与截面面积A的关系,根据压杆的临界应力分别导出大、中、小柔度的迭代公式,设计出压杆的截面积,解决了同时满足应力约束和局部稳定约束的桁架结构截面优化问题。在MSC/NASTRAN上利用PCL语言开发出了含局部稳定约束的桁架优化的更合理、更精确的优化软件。

改进的遗传算法在型钢桁架结构拟满应力优化设计中的应用研究

将遗传算法应用于型钢桁架的拟满应力优化设计中,为改进传统遗传算法优化计算过程中结构重分析次数太多、搜索效率不高的缺点,运用并列选择技术对传统的遗传算法进行了改进.把型钢桁架的满应力优化设计看作是一个多目标优化问题,同时把离散变量的满应力优化设计与改进的遗传算法相结合,充分考虑受压杆件的稳定性,建立以各杆应力比最大为优化目标的适应值函数,根据工程实际充分考虑规范规定的约束条件和各项技术标准要求,建立了型钢桁架结构的优化模型,大大提高了优化运算效率.算例结果表明,改进的遗传算法收敛快、精度高,应用于离散变量结构优化设计是有效的.

基于满应力优化与有限元分析的机翼结构重量估算法

针对没有可供借鉴的重量评估经验公式来用于新式布局飞机研制的现状,为能够给出比较可信的结构重量估算,用于总体设计阶段飞机翼面结构重量指标分配,不仅对研制新机的概念设计与方案论证是十分重要的,也是必不可少的。本文开展了基于“变满应力”优化策略与有限元技术相结合的飞机翼面结构重量估算方法研究,并把这一求解过程搭建在具有自主知识产权的飞机多学科设计平台软件上。以具有大展弦比特征的“环球飞行者”外翼为例进行结构重量估算表明:本文方法不仅可以获得用于总体设计阶段可信的重量结果,同时其中的部件尺寸、应力和位移数据还能为结构与强度专业人员提供一定的参考意见。最后,得出四点结论。

基于拟满应力遗传算法的桁架结构形状优化设计

以拟满应力法和改进遗传算法为基础,提出了一种可以解决具有连续变量和离散变量的桁架结构形状优化问题的拟满应力遗传算法。该算法既充分利用了遗传算法全局寻优能力强的特点,也发挥了力学准则法局部寻优长处,具有很高的搜索效率。用拟满应力遗传算法解决15杆桁架结构形状优化问题的结果表明,这是一种解决具有连续、离散混合变量的桁架结构优化设计问题的很有效方法。

基于满应力法的平面桁架优化

优化设计的目的是减少材料用量,使成本造价降低。采用满应力法对典型的平面桁架结构进行截面优化,并在迭代计算过程中创造性地提出了中间值法,大大减少了迭代计算量,提高了计算效率,得到结构最优截面尺寸,用钢量减少40%,经济效益显著,该方法值得推广。

基于满应力的桁架梁轻量化设计

桁架梁结构受外载荷作用时各杆件的受力情况不同,应力也不完全一样。以圆管带式输送机桁架梁结构为例,应用满应力设计法,使其在满足多种约束的条件下,各杆件都能均衡地承受载荷,具有合理的结构承载能力,达到减轻结构质量的目的。

宇航用球形容器接管部位广义满应力设计

把压力容器设计中应力分类和应力评定的规则同结构优化中的满应力设计概念结合起来，建立了广义满应力设计方法，并用这一方法对超高强度钢制宇航用球形容器的上下接管部位进行优化设计和制造。实际检测和试验表明，这一设计不仅比原设计减轻了重量，而且提高了爆破压力。

桁架结构优化设计的满应力法仿真研究

研究应用计算机进行桁架结构优化设计中满应力齿行法的应用问题。目前满应力齿行法在同时考虑应力、位移以及压杆稳定性约束时,计算结果往往存在难以收敛的缺陷,导致方法在实际应用中效果不佳。为解决以上问题,提出从算法中的松弛系数设置入手,将满应力步和满位移步的松弛系数分开设置,通过合理设置该参数使得计算能较好地收敛,经实验证明:当考虑压杆稳定时,传统的松弛系数设置方法难以得到理想效果,而本文提出的设置方法能避免计算过程中的振荡现象,能得到较好效果。

联合载荷作用下悬臂梁满应力截面设计

讨论了悬臂梁在联合载荷作用下满应力截面设计问题.首先建立了梁的力学模型,通过考虑一个微元体的平衡得到了悬臂梁满应力计算公式和设计控制方程.应用龙格库塔法解非线性方程得到了该问题的数值解,给出了截面高度随梁长的变化曲线.通过算例说明满应力梁的体积比等截面梁的体积有极大的优化.

某超静定桁架满应力法的计算与分析

用满应力法对某超静定桁架进行截面设计，提出了首次截面平均法，该法对计算结果的快速收敛具有显著作用。

满应力法在钢管混凝土拱截面优化设计中的应用

在钢管混凝土拱结构截面优化中 ,引入满应力法。在自行编制的有限元程序中 ,加上用应力比调整截面积的模块 ,在截面含钢率不变的假设下 ,由折算面积推导出优化后截面尺寸。给出的算例中 ,优化后的截面积比原截面面积减少 55 3% ,各项内力指标均符合要求。本方法具有简便、实用、收敛快、迭代次数对设计变量个数不敏感的特点。