基于风压分布特性的折叠网壳结构形状优化研究

针对风敏感结构折叠网壳存在抗风不利区域和风压梯度变化较大的力学行为,为优化其在风荷载作用下的表面风压分布,降低结构的风致响应,基于流体动力学基本原理和大气边界层基本理论,运用Fluent软件对折叠网壳结构风压分布进行数值模拟的基础性研究,对比风洞试验结果,确定复杂体型结构数值模拟的计算域尺寸、计算域离散和湍流模型等关键参数的选取。在此基础上对8种折叠网壳结构形状优化方案进行分析,得到其分区体型系数和体型系数的标准差,对比结构初始形态表面风压,最终得到具有良好抗风性能的最优方案,化解了结构的不利风压分布。结果表明,CFD数值分析技术能够有效地解决风敏感结构在风荷载作用下的形状优化问题,为结构体型优化和研发新型野营房屋提供了一个设计方法和理论依据。

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。

结构形状优化与智能模型化

阻碍形状优化软件广泛应用的障碍之一是依据自然设计度量描述和建立设计模型、分析模型、优化模型以及实现三个模型之间的转换.本文称这一困难为结构形状优优设计软件的适用性.本文提出了一种方法用来动态地确定平面连续体结构形状优化过程中的边界,应用基于人工智能方法的启发式规则与技术,自动生成由设计单元法表示的几何模型,也就是将一个结构自动剖分成若干个大的四边形映射单元.这些大单元对于进一步的网络生成是必要的,同时也是向全自动计算机辅助形状优化系统前进的重要一步.

基于等几何边界元法的声屏障结构形状优化分析

对声屏障结构进行优化设计是提高其降噪性能的有效解决方案,并具有重要实际意义。已有工作集中于对简单结构进行局部优化或对简单的整体结构进行尺寸优化,由于采用传统几何插值方法描述结构形状,难以灵活地控制形状变化,并需进行网格重构,限制了对声屏障整体结构的优化设计。采用等几何分析方法,实现几何模型与分析模型的同一表达,以非均匀有理B样条(NURBS)建模的控制点坐标为设计变量,以声影区参考点声压幅值在一定频带上的均值为目标函数,满足多约束条件下的目标函数最小为设计目标,建立基于等几何分析(IGA)和边界元法的结构声学优化数学模型,并采用移动近似算法(MMA)进行二维声屏障结构形状优化分析,算例证明该方法有效提高优化设计的灵活性。

三维连续体结构形状优化设计

借助于一种名为“函数识别器”的工具，采用“二级控制”法，实现了用设计变量控制网格变动的目的。除此之外，又在单刚对设计变量的导数计算、目标函数的敏度计算方面，提出了新的解决方案。最后给出两个算例，验证了以上方法是切实可行的。

三维边界元法在曲轴结构形状优化中的应用

本文推导了三维边界元表面应力导数和重量导数计算公式,采用作者研制的基于边界元法的三维结构形状优化设计程序,完成了492Q发动机曲轴的形状优化设计,从而把三维形状优化引入到内燃机零件设计中。在计算中采用5个设计变量,允许整个曲柄臂在三维空间上变化,使用一个有效的简化模型,采用约束变尺度优化方法,仅用7次迭代就得到最优解。以原曲柄臂的最大应力、变形水平作为约束条件,使曲柄臂的重量减轻17.2％,取得较显著的优化效果。

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动响应表达式。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 。

基于应力的生物生长规律与零件形状仿生优化

基于相对性原理分析了生物生长行为,提出了新的生物生长规律:生物某局部区域的生长行为取决于其邻近区域的应力大小,并试图使该区域的应力均匀.在此基础上提出了一种基于应力的形状优化方法.该方法通过模拟生物生长过程来实现零件形状优化设计.其主要特点是:局部形状的改变只取决于相对应力差,不需要人为确定参考应力.实例表明:所提出的优化方法不但具有较高的优化效率,还能够按给定的误差精度要求获得优化结果.

机械零件形状优化设计的仿生学方法

基于相对性原理重新分析了生物适应性生长行为,提出了新的生物生长规律:生物局部区域生长行为只需根据其周边应力大小进行调整,不需要人为确定参考应力。在此基础上,提出了一种模拟生物适应性生长过程的相对应力优化法,该方法的主要特点是不需要人为确定参考应力。所提出的优化方法不但具有较高的优化效率,还能按给定的误差精度要求获得优化结果。最后,给出了受双向载荷作用平板的最优中心孔形状优化设计和给定许用应力下连杆形状优化设计的实例。

膜结构找形分析方法及其改进

膜结构是一种新型的建筑结构形式,近年来得到了广泛的发展.膜结构设计分析首先要进行找形分析.本文评述了在膜结构发展历程中,找形分析的几种方法,并在综合分析的基础上,提出了改进的意见.

Shape optimization of plate with static and dynamic constralnts via virtual laminated element

The virtual laminated element method(VLEM) can resolve structural shape optimization problems with a new method.According to the characteristics of VLEM,only some characterized layer thickness values need be defined as design variables instead of boundary node coordinates or some other parameters determining the system boundary.One of the important features of this method is that it is not necessary to regenerate the FE(finite element)grid during the optimization process so as to avoid optimization failures resulting from some distortion grid elements.The thickness distribution in thin plate optimization problems in other studies before is of stepped shape.However,in this paper,a continuous thickness distribution can be obtained after optimi-zation using VLEM,and is more reasonable.Furthermore,an approximate reanalysis method named 'behavior model technique' can be used to reduce the amount of structural reanalysis.Sone typical examples are offered to prove the effectiveness and practicality of the proposed method.

混合变量桁架结构的拟分层遗传算法优化设计

混合变量桁架结构形状优化中采用并行计算思想,在单台计算机上实现了一种类似分层遗传算法的拟分层遗传算法。该算法能够产生更加平等的竞争机会,提供更多的优良个体,提高了种群多样性,同时不用人为的控制信息交换,再加上多层分级控制,一定程度上避免了标准遗传算法容易出现的"早熟"现象,加快了收敛速度,具有很高的搜索效率。用拟分层遗传算法解决25空间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。

高速伸缩臂叉车整体车架受力分析

通过详细的功能使用和结构特点的过程论述,从实际应用出发,对高速伸缩臂叉车整体车架结构形状优化设计及选用材料进行了极限作业工况有限元应力应变分析,同时对整体车架最大作业受力工况同步进行了应力分析,将整体车架结构形状优化设计和受力分析计算结果分别与所选材料的许用应力进行了对比,并给出了计算校核结论。

程秋东：闪耀在科学界的大学校长

程耿东，力学专家，中国科学院院士，1941年出生于江苏苏州。1964年毕业于北京大学数学力学系，1980年获丹麦技术大学固体力学博士学位。原大连理工大学校长、教授、博士生导师。主要从事工程力学、计算力学和结构优化设计的研究，在弹性薄板优化、结构形状优化、拓扑优化及灵敏度分析方面的工作成果得到国内外学术界的高度认可。2012年当选为俄罗斯科学院能源、机械、力学及过程控制学部外籍院士。