大型复杂结构优化问题的遗传算法

大型结构的整体优化问题一般具有多目标、多约束和多混合变量的特点，自由度多达千计，其算法的速度和效率是问题的关键所在．遗传算法是求解大规模函数优化问题的有力工具，在复杂结构的优化设计问题中得到广泛应用．本文介绍了遗传算法的基本思想、特点，阐述近年来遗传算法在结构优化设计及其相关领域的应用现状和重要发展．     

基础隔震结构连续化模型研究

根据建筑的变形特征,基于连续化分析方法将规则基础隔震结构的上部结构等效为悬臂Timoshenko梁进行分析.根据铁木辛柯梁理论建立基础隔震连续化模型运动方程,求解隔震悬臂梁的周期和振型,推导连续化模型的正交条件,利用振型叠加方法求解结构的地震响应.连续模型基本动力参数分别采用粒子群优化算法和差分进化法进行计算,优化目标取上部结构前两阶周期等效.分析表明,粒子群算法、差分进化法的前期收敛速度较快;到优化迭代中期,粒子群算法收敛速度比差分进化算法快;在优化迭代后期,粒子群算法和差分进化算法优化结果相近.最后,对工程算例的有限元模型和连续化模型进行动力特性及地震作用分析,结果表明,两种模型位移时程、加速度时程、峰值位移、峰值加速度的分布规律基本一致.基于Timoshenko梁理论建立的连续化模型适用于多层和高层基础隔震结构分析.采用连续化模型进行分析计算精度高、算法简洁、便于参数分析及地震响应预测.     

包含两类变量的离散变量框架结构拓扑优化设计

将包含两类变量的桁架结构拓扑优化设计的概念及求解离散优化的相对差商法进一步推广到由梁单元组成的框架结构的拓扑优化，建立了包含两类变量的框架结构拓扑优化设计模型，构造了包含应力约束和位移约束的统一约束函数，发展了统一处理两类变量，求解包含两类变量的框架结构拓扑优化设计问题的算法，并给出了两个算例．     

基于粒子群算法和增广拉格朗日乘子法的混合可靠性分析

本文提出了一种基于粒子群算法和增广拉格朗日乘子法的混合可靠性分析方法.该方法通过引入参数的不确定性和区间变量,得到一种概率-区间混合不确定模型,充分利用增广拉格朗日乘子法将有约束优化问题转化为无约束优化问题,基于此进行求解和结构可靠性分析.数值算例和工程实例验证了该算法在计算结构可靠性问题时对于线性和非线性的功能函数有良好的收敛性和较高的计算效率.     

渐开线圆柱齿轮传动优化设计及CAD

本软件适用于各种铜或球铁制造的外啮合圆柱齿轮传动的设计,由计算和绘图两部分组成.计算部分包括优化设计及几何强度校核,依据国标GB3480—83标准,数学模型准确.采用具有80年代国际先进水平的约束非线性混合离散变量优化算法,优化目标4个(可任选其中1个)、优化设计变量6个,     

高层隔震结构的非线性时程分析

采用有限元软件,对某高层隔震结构进行了动力弹塑性时程分析,上部结构采用弹塑性质点系模型,隔震层考虑每个橡胶支座的水平和竖向的非线性动力特性,计算出了隔震结构在不同设防烈度下的位移、加速度、层间剪力等地震反应,并总结出了一些有益的规律。     

模拟退火算法在军用桥梁优化设计中的应用

军用桥梁结构优化设计中包含两类设计变量：连续变量和离散变量,混合变量优化设计问题是军用桥梁界普遍关注的问题。介绍了一种新的优化设计方法——模拟退火算法,其突出的优点是可以求得全局最优解。以军用桁架桥为例,对军用桥梁结构设计中连续和离散混合设计变量的优化问题进行了分析,计算结果表明该方法是可行的。对算法在军用桥渡结构设计中的应用提出了几个研究方向。     

基于模拟退火算法的舰船中剖面优化设计

舰船中剖面优化设计中的设计变量应为连续和离散的混合变量,文中引入的模拟退火算法能很好地解决连续和离散混合设计变量的优化问题,将经过改进的模拟退火算法应用到舰船中剖面结构优化设计中,实船的优化计算算例取得了合理的结果,由此表明,应用模拟退火算法进行舰船中剖面结构优化设计是可行且高效的,可在工程结构优化设计领域中推广应用。     

国家自然科学基金研究专著《基于性能的结构抗震设计——理论、方法与应用》

本书较系统地介绍了基于性能的抗震设计思想、理论和方法，建立起了基于性能的结构抗震优化设计的框架，着重介绍了作者多年来的相关研究成果，主要包括基于投资-效应准则的优化设计模型的建立、基于性能的目标可靠度优化决策、结构分灾抗震设计及基础隔震结构一体化优化设计、结构可靠度分析及基于可靠度的优化设计算法研究、ANSYS软件二次开发及其在实际工程中的应用等．     

约束直接搜索法求解螺旋桨参数优化设计问题

建立了螺旋桨参数优化设计的计算模型，包括初步设计和终结设计两部分，都可归结为三变量（螺旋桨盘面比、螺距比、进速系数）的非线性约束优化问题，提出了组合复合形法和自适应随机搜索法的混合方法，经过算例比较，可更有效地解决复杂的非线性优化问题。     

基于投资-效益准则的现有结构抗震加固策略

介绍了基于功能的抗震设计思想及投资—效益准则，并通过构建基于投资—效益准则的结构优化模型及算例分析，得到了基础隔震设计方案就是该优化模型最优解的结论；探讨了基于投资—效益准则的现有结构抗震加固策略，指出对于要求较高的加固目标，采用隔震加固策略更为适合。     

钢筋混凝土框架结构优化的拟满内力设计方法

为解决钢筋混凝土结构的优化问题,以满承载力设计思想为基础提出了一种新型的钢筋混凝土框架结构优化设计方法——拟满内力设计方法,该方法能解决钢筋混凝土框架结构约束众多且在设计过程中较难优化的问题。能处理同时具有尺寸约束、配筋约束、承载力约束的多变量、多约束的离散变量结构优化设计问题。算例结果表明,该方法的局部优化能力强,优化效率高,应用简单,可直接计算钢筋混凝土框架结构的优化问题,是一种可行且有效的优化设计方法。     

具有动应力、动位移可靠性约束的结构优化设计

讨论了随机参数结构在微机荷载激励下的优化设计问题,建立了具有动应力、动位移可靠性约束和设计变量上、下限约束的工程结构优化数学模型,并将可靠性约束等束显示化为常规约束,优化中采用复合形法求解。算例表明了文中建立的优化模型和提出的求解方法的正确性与可行性。     

含储能装置的园区综合能源系统三级协同规划设计方法

研究综合能源系统的配置和优化策略对于保障区域用能平衡、降低系统投资成本、提高运行的经济性具有重要的意义和价值.提出了含储能装置的园区型综合能源系统的三级协同规划方法,首先将综合能源系统的设计过程划分为设备选型、容量配置与运行优化三个阶段;然后根据各阶段之间的递进和耦合关系,采用系统级的建模方法,对各类设备的选型与运行约束进行总结和提炼,并引入储能装置约束,从而形成了结构简洁、约束紧凑的综合能源系统规划模型.针对该模型中的非线性函数项,引入了辅助变量和约束,将其等价转化为易于求解的混合整数线性规划问题.最后,分三种情形对某园区待建综合能源系统进行优化配置.算例测试结果验证了所提模型和方法的有效性.     

基于区间不确定性的多学科可靠性设计

针对随机可靠性设计和多学科设计直接结合中存在的随机可靠性无法解决不确定性信息量较少及直接结合的嵌套结构计算效率较低的问题,采用区间描述有限信息的不确定性,以非概率可靠性指标衡量多学科系统的可靠性,建立了基于区间不确定性的多学科可靠性设计模型.同时,为了提高计算效率,采用性能测量法来减少可靠性分析的计算量,并引入序列优化与可靠性评估方法将三层嵌套的多学科可靠性设计结构解耦为顺序执行的确定性多学科设计优化和多学科可靠性分析过程,降低了计算复杂性.通过一个算例验证了该方法的可行性和有效性.结果表明,相比多学科可行法,单学科可行法的计算效率较高.     

高密度硬盘磁头形状的动态优化设计

提出了一种磁头形状的动态优化设计方法，优化目标使磁头磁盘系统有较好的动力学特性，以磁头垂直方向的无量纲刚度系数最大作为优化模型，同时模型满足尺寸约束条件和磁头稳定飞行的性能约束条件，为了考虑磁头斜台形状和预载力位置对系统动力学性能的影响，优化设计变量取磁头的斜台高度，斜台长度和预载力位置，采用复合形法对优化模型进行数值计算，优化设计结果表明，新系统有更高的磁存储密度和更好的动力学性能，同时说明预载力位置对系统动力学性能有重要影响。     

Hammerstein-Wiener非线性系统的模糊预测控制

针对输入和输出受约束的Hammerstein-Wiener型非线性系统,提出一种基于T-s模糊模型的非线性预测控制算法,并用Lyapunov函数分析系统稳定性.通过建立T-S模糊模型,将预测控制器设计中的非线性优化问题转化为相应的线性优化问题;通过离线设计状态反馈控制律,在线实施符合条件的反馈控制律,极大程度地提高了在...     

基于约束网络的产品进化设计

为解决约束条件下的产品设计问题,以复杂网络理论及图论为指导,建立了基于约束网络的产品创新设计模型.该模型从设计约束库中筛选相关要素作为约束变量,构建设计约束网络;利用对偶图计算约束网络中心性指标,实现节点重要度排序,进而归纳出设计约束问题并进行求解;最后建立一套基于约束的产品进化设计系统. 以夜光杯为对象进行实例研究,构建相关设计约束网络;分析得到其关键节点,归纳出具体的设计约束问题,并应用动力学模拟、控制点区间约束等方法对其进行求解;开发夜光杯进化设计系统,选取具有代表性的传统夜光杯样本进行形态进化,生成一系列满足约束条件的夜光杯设计方案.结果表明:该模型有效实现了约束网络指导下的产品设计.     

基于热约束的功率器件散热器成本最小化方法

散热器可大幅提高功率器件的散热能力和热安全性。但在实际工程中,散热器成本需被严格控制,否则将严重影响整个电力电子装置经济性。为此,本文提出一种基于热约束的功率器件散热器成本最小化方法。该方法在功率器件热网络模型的基础上,以器件结温最大值和热时间常数为热安全约束量,通过非线性优化算法,找寻最佳的散热器质量和散热面积参数,从而达到散热器成本最低的优化目标。以功率金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)及若干散热器为对象开展实例分析,结果表明所提方法能够为散热器的合理设计或选型提供重要依据。     

两端任意支承的矩形截面钢筋混凝土梁可靠性优化设计

利用雷－莉法把非正态变量转换为当量正态变量,建立了在多个任意分布基本变量情况下的２性结构优化的设计数学模型。最后给出了设计人格最小的矩形截面钢筋混凝土梁的可靠性优化设计实例。