基于协同优化的耐压柱壳多学科多目标优化

为提高耐压柱壳的设计效率和结构性能,本文基于多学科设计优化思想,进行了耐压柱壳多学科设计优化的学科分解,确定了耐压柱壳多学科优化设计的设计参数,明确了设计变量间的耦合关系,设计了耐压柱壳参数化分析流程,进行了设计变量灵敏度分析。在利用响应面模型建立了具有较高拟合精度耐压柱壳近似模型的基础上,以质量排水量比和极限载荷为目标函数,建立了基于协同优化方法的耐压柱壳多学科多目标优化模型,在确定了系统层和学科层的优化求解方法基础上,设计了基于协同优化的耐压柱壳多学科多目标优化框架,进行了优化的求解工作,得到了优化方案。与初始方案的对比表明:所得到的Pareto解集中,部分方案在2个目标函数上均得到了优化,验证了优化框架的有效性。

基于粒子群算法的环向加筋夹层圆柱壳体优化设计

为了获得环向加筋夹层圆柱壳体尺寸的最优化参数,首先参考一般环肋圆柱壳体强度与稳定性校核方法,并根据环向加筋夹层圆柱壳体应力分布规律和稳定性特征,提出环向加筋夹层圆柱壳体强度与稳定性校核方法;其次以强度与稳定性要求为约束、以结构重量最轻为目标,建立优化设计的数学模型,并利用粒子群优化算法完成了环向加筋夹层圆柱壳体的尺寸参数优化。最后探究了结构重量随极限潜深增大的变化规律。研究成果表明,利用粒子群优化算法进行环向加筋夹层圆柱壳体参数优化设计可以获得令人满意的结果。

锥-柱组合壳结构固有特性计算和优化设计

为解决工程中常见的锥-柱组合壳结构固有特性的快速计算和优化设计问题,本文通过采用改进状态向量的方法简化了基于唐纳尔壳模型的圆柱壳和圆锥壳结构的传递矩阵推导过程,利用连接处的力和位移匹配条件,建立了锥-柱组合壳结构传递关系,进而对锥-柱组合结构的固有振动特性进行了计算,计算结果与有限元法吻合良好。最后采用基于遗传算法的锥-柱组合壳结构优化设计方法,为更加复杂的组合壳结构动力学特性分析和优化设计奠定了理论和方法基础。实践表明:改进状态向量和转换矩阵的引入能够简化圆柱壳和圆锥壳的振动计算传递矩阵推导过程。

类向日葵夹芯圆柱壳的准静态轴向吸能特性与优化

采用实验、理论和数值模拟方法研究了类向日葵夹芯圆柱壳在准静态轴向加载下的吸能特性。首先,对3种内径的夹芯圆柱壳及其构件进行了准静态轴向压缩实验和数值模拟。结果表明:所有夹芯圆柱壳的比吸能和压溃力效率都大于其各个组成构件以及构件之和;芯壳的波浪形结构比圆柱壳结构具有更好的能量吸收能力;圆柱壳和波浪形曲线芯壳的联合使用可以有效地提高薄壁金属结构的吸能效率。其次,基于简化的超级折叠单元理论,推导了夹芯圆柱壳的轴向平均压溃力的理论公式。理论预测的平均压溃力与实验结果及数值模拟结果间的相对误差均在10%以内。最后,以比吸能最大和峰值压溃力最小为目标,进行了类向日葵夹芯圆柱壳吸能特性的多目标优化设计,得到了夹芯圆柱壳比吸能和峰值压溃力的Pareto前沿,优化后的夹芯圆柱壳的比吸能和平均压溃力均有提高,与此同时,质量减小。

基于遗传算法的环肋圆柱壳结构优化设计

本文对某潜器的环肋圆柱耐压壳结构开展以减重为目标的优化设计,通过使用遗传优化算法,以环肋圆柱壳结构中的肋骨尺寸、肋骨间距及壳体厚度作为优化设计变量,在强度和稳定性满足的约束条件下,得出优化后重量较轻的设计方案,同时结合理论和数值方法校核该方案下强度和稳定性,以验证方案有效性。研究结果表明,优化后理论与数值计算得出强度与稳定性符合规范要求,优化后环肋圆柱壳结构重量得到有效降低,该研究方法可为今后类似结构物优化设计提供参考。

局部约束阻尼柱壳振动分析及优化设计

针对圆柱壳振动特性,给出局部约束阻尼柱壳模型。基于弹性、粘弹性本构方程用能量法建立动力学方程,研究阻尼段结构参数变化对振动特性影响。建立以阻尼轴向与周向分段数、阻尼段轴向与周向间隙、阻尼层厚度为设计变量,前三阶模态最大损耗因子为目标函数,利用多目标遗传算法对两端简支柱壳进行优化分析。通过分析、比较优化前后结构模态固有频率变化、损耗因子变化及幅频响应表明,合理贴敷阻尼段能有效减少阻尼材料用量,且在不改变柱壳固有振动属性条件下能达到更好的减振效果。

复合材料圆柱壳的稳定性及其优化设计(英文)

本文利用一阶剪切理论和Reddy高阶剪切理论计算了考虑横向剪切变形影响的复合材料层合圆柱壳的线性失稳载荷和几何非线性失稳载荷。分析了壳体的几何参数、铺层数、铺层角、半径厚度比值对失稳临界荷值的影响。在铺层的优化设计中利用随机试验法与可变容差法相结合 ,探讨了寻求临界荷值最大的铺层角最优化问题 ,并利用约束非线性混合离散变量优化程序对铺层角为离散值的问题进行了优化。碳纤维环氧树脂圆柱壳模型试验表明本文计算结果是可靠的。

基于多目标遗传算法的约束阻尼柱壳结构优化

文章为了改进被动约束阻尼柱壳结构的减振特性,解决引入约束阻尼的合理分布问题,提出了一种基于多目标遗传算法的优化设计方法。建立了以振动模态的前两阶损耗因子和引入约束阻尼材料总质量比为优化目标,以约束层、阻尼层厚度和粘弹性材料剪切模量为设计变量的多目标函数。利用遗传算法对Pareto最优进行优化选择,避免了对目标函数值的直接计算。通过分析和比较优化前后结构的模态振动频率变化以及幅频响应,表明引入质量太多会影响柱壳结构固有特性,而优化后结构能够避免太多的质量引入,并且具有更好的减振效果。

承受静水外压作用的圆柱形壳体结构优化设计(英文)

加强圆柱壳是最重要的深海耐压结构形式之一,是深海装备和人员安全的基础保障以及设备发挥正常功效的载体。水下的工作深度越深,耐压结构承受的海水外压力越大,对耐压结构的强度与稳定性的要求就越高,迫切需要开展结构优化设计,减轻结构自重,提高有效负载。文中分别采用快速下降算法和遗传算法,在保证耐压结构强度和稳定性以及满足基本加工工艺要求的条件下,进行耐压柱壳结构优化设计,所得计算结果对于耐压结构设计具有指导作用。

圆柱螺旋弹簧可靠性优化设计

首先分析了圆柱螺旋弹簧静强度和疲劳强度可靠性模型建立方法,推导了其可靠性计算的公式和应力强度的分布形式。其次为充分发挥零件材料的效能同时又要考虑到零件的可靠性指标,以圆柱螺旋弹簧的质量为优化的目标函数,利用机械可靠性设计和机械最优化设计方法,在弹簧常规约束和可靠性约束基础上,建立了可靠性优化设计计算模型。最后,结合优化工具和上述优化模型对具体实例进行了应用计算,并分析对比了可靠性优化设计和常规优化设计的结果,说明所提可靠性优化设计方法实用、可靠,能最大程度地满足设计要求。

复合材料圆柱壳的稳定性及其优化设计

本文分别利用一阶剪切理论和Reddy高阶剪切理论计算了考虑横向剪切变形影响的复合材料层会圆柱壳的线性失稳载荷和几何非线性失稳载荷。分析了壳体的几何参数、铺层数、铺层角、半径厚度比值对失稳临界行值的影响。铺层的优化设计中利用随机试验法与可变容差法相结合，计算了寻求临界行值最大的铺层角最优问题，并利用约束非线性混合离散变量优化程序对铺层角为离散值的情况进行了优化。碳纤维环氧树脂圆柱壳模型试验表明本文计算结果是可靠的。

几何约束下圆柱壳的屈曲优化设计

利用能量原理分析受均布法向荷载作用的轴对称变厚度圆柱壳的分支点屈曲 ,将求解屈曲临界荷载变成求解广义特征值方程 ,在满足强度约束和圆柱壳体积保持常数条件下 ,将圆柱壳的最大屈曲荷载设计转化为极大化最小特征值问题 .

含初始缺陷复合材料格栅加筋圆柱壳的鲁棒优化设计

针对复合材料格栅加筋圆柱壳具有多约束、连续变量和非连续变量混合的特性,基于复合材料中厚圆柱壳体的非线性稳定性理论,考虑优化目标和约束鲁棒性,采用混合遗传算法,提出了一种非完善复合材料格栅加筋圆柱壳的鲁棒优化设计方法.应用正交设计理论确定主要的鲁棒优化设计变量,简化了运算过程,从而提高了优化分析效率;同时又采用五点差分格式代替梯度运算,解决了在优化计算过程中不可求导的问题.通过典型算例表明,鲁棒优化设计所得到的优化分析结果与传统确定性优化方法相比差别较大,此外壳体的初始缺陷亦将对优化结果产生很大的影响.

非均匀圆柱壳振动及声辐射特性优化设计

文章对非均匀圆柱壳振动及声辐射性能进行优化设计。研究过程中,在保证重量基本相同的约束条件下,以径向均方速度为目标变量,得到肋距及肋骨尺寸最佳组合。结果表明:非均匀圆柱壳优化后的振动及声辐射特性优于均布环肋圆柱壳。

多点激励力下圆柱壳振动响应优化设计

应用ANSYS软件进行单层圆柱壳基于离散变量的动态性能优化设计。采用APDL语言参数化编程,在不改变结构参数前提下,以三个简谐激励力的位置、相位为设计变量,激励力之间的距离为约束条件,壳体径向均方根速度为目标函数,设计了三层优化方案,最终得到使壳体总振动最小时的多个激励力位置、相位的最优设计。结果表明该优化设计有效,可为水下大型航行器的振动控制提供参考。

基于APDL语言的加筋圆柱壳的静动态性能优化设计

利用ANSYS软件进行了加筋圆柱壳基于离散变量的静动态性能优化设计。研究了在满足静强度和稳定性要求的约束条件下,以质量最轻、径向均方速度最小为目标,得到圆柱壳总长和半径一定时,肋距、肋骨型号及壳体厚度的最佳组合。优化结果表明,用ANSYS实现结构优化分析的可行性,而且此法简单直观,适用于大型复杂结构的优化设计。

考虑失稳模式的环肋圆柱壳结构优化设计

利用ANSYS参数化建模与遗传算法相结合的方法进行结构优化,研究了总长和半径一定的环肋圆柱壳以质量最轻为设计目标,满足强度和稳定性要求的最优壳体厚度、肋骨尺寸及肋距的优化设计问题.为了解决优化设计过程中难以确定稳定性约束条件而导致优化结果并非全局最优解的问题,提出了基于ANSYS路径映射技术与MATLAB根增量搜索方法相结合的判断方法,以自动判断优化过程中模型的失稳模式,并通过环肋圆柱壳的优化设计实例验证其有效性.结果表明,所提出的失稳模式判断方法有效可行,优化算法能够在较短时间内收敛到全局最优解.

圆柱壳的屈曲荷载最大化设计

研究了弹性圆柱壳在任意轴对称边界条件下和受均布法向荷载作用下的稳定性优化设计问题 ,即极大化屈曲临界荷载。利用能量原理分析轴对称变厚度圆柱壳的分支点屈曲 ,将求解屈曲临界荷载变成求解广义特征值方程 ,使圆柱壳稳定性优化设计成为极大化最小特征值问题。

非均匀侧压作用下圆柱壳的强度优化设计研究(英文)

研究变厚度圆柱壳在任意轴对称侧向分布荷载作用下、体积保持不变时的强度优化设计问题。采用阶梯折算法,用传递矩阵导出了变厚度圆柱壳的初参数解的显式表达式。根据Huber-Mises-Hencky强度准则,将变厚度圆柱壳的强度优化转化为极小化当量应力的非线性规划问题,并以投影梯度法对本问题进行了的优化计算;对一些典型算例的计算分析证明本文方法的可靠性。

轴压桁式半硬壳结构优化设计研究

研究轴压桁式半硬壳结构优化设计问题。为考虑蒙皮曲板的失稳承载能力,在总体失稳下极限承载轴压叠加公式中引入附贴蒙皮宽度计算式,针对铝合金和复合材料桁式半硬壳结构,分别引入桁条剖面压应力和蒙皮附贴宽度设计变量,建立轴向压力作用下桁式半硬壳结构优化设计模型,并采用Ansys 10.0软件进行优化计算。对铝合金和复合材料桁式半硬壳结构算例进行优化设计,得到若干有实用价值的结论。