基于动力学仿真的舰炮基座结构拓扑优化设计

根据密度法的基本理论,结合工程实际,以非线性动力学仿真为基础,建立了某舰炮基座结构拓扑优化有限元模型.通过对最小成员尺寸的控制,避免了基座优化模型出现数值不稳定问题,得到了基座的优化设计结构,并用于全炮非线性动力学仿真分析.在引入比刚度结构效能的情况下,对比分析优化前后的仿真结果,表明基于密度法的基座拓扑优化设计结构能够满足该舰炮的工程实际需要,为舰炮轻量化设计提供参考和借鉴.     

各向异性结构拓扑优化设计理论与仿真

建立了正交各向异性连续结构拓扑优化设计的理论模型,首次利用增广Lagrangian乘子法解决了不等式约束的结构优化问题.通过将物质导数、水平集函数和增广的Lagrangian乘子法相结合,提出了结构拓扑优化设计教度分析的新方法.设计边界的进化是通过人为的使目标函数下降的速度来控制,高维水平集曲面在不改变其拓扑结构的前提下上下运动,从而使嵌入在零水平集的结构形状通过边界的合并与断裂自动改变其拓扑结构.大量2D正交各向异性悬臂梁的优化仿真验证了方法的有效性,其结论为复杂本构关系材料结构的拓扑优化设计理论与算法研究奠定基础.     

大口径反射镜分析驱动设计与优化

提出基于高精度有限元分析和优化算法的分析驱动设计方法,实现了大口径反射镜的快速设计.首先使用商业CAD软件设计反射镜的概念模型,其模型的构型只受少数关键参数控制.然后针对概念模型进行高精度有限元分析,得到能够权衡计算精度和计算代价的有限元模型.接着对反射镜的概念模型进行布局优化设计.最后提出反射镜的详细模型,并对其进行参数优化设计.该设计流程通过sight平台集成后自动运行,并回避了传统上光机结构设计流程依赖于几何模型的不足.基于该集成流程,设计了一个1.5m口径反射镜,分析得到其面形PV值小于λ/12,RMS值小于λ/56 (λ=632.8nm).设计结果表明,该方法具有很高的设计效率和实用性.     

连续体结构的模糊多目标拓扑优化设计方法研究

提出了连续体结构静力学和动力学多目标拓扑优化设计的模糊-目标规划方法。该方法利用目标规划方法将多目标优化问题转化为等效的单目标问题,并用模糊集理论中的非线性隶属函数来体现目标规划方法中目标函数期望值所具有的模糊性和不确定性。以结构静力学的刚度和动力学的特征值作为优化的两个目标函数,提出并建立了连续体结构拓扑优化设计的多目标优化模型。用移动渐进线方法(MMA)求解单目标优化问题,用序列线性规划方法(SLP)求解模糊-目标混合规划问题。通过典型的求解算例验证了所研究方法的有效性。     

基于MDO技术的油底壳结构优化方法研究

为提高油底壳的结构刚度,减轻质量,研究探讨了一种利用成熟CAD/CAE软件和多学科设计优化(MDO)平台进行内燃机部件结构优化设计的方法。利用iSIGHT、I-DEAS软件和VC 语言,构建了一套结构优化集成系统,实现了基于MDO技术的油底壳结构优化的整个仿真流程,并对程序控制的实体模型参数化修改、集成框架以及相关优化算法等进行了探讨。针对某型号柴油机油底壳,利用连续二次规划(NLPQL)算法,优化求得了结构参数全局最优解。实践结果表明:MDO技术应用于内燃机结构优化设计,是实用和可行的。     

光学运动捕捉散乱数据处理的一种方法

阐述了一种适用于被动式光学人体运动捕捉散乱数据处理的方法,该方法基于模版匹配的原理,根据人体标示的特征点的局部相对刚性结构以及整体拓扑结构关系,利用刚性结构匹配、运动轨迹追踪、拓扑结构校验实现散乱数据的处理,从而得到人体运动参数及骨架拓扑结构。该方法解决了追踪算法在特征点重合时的追踪出错问题,处理方法经优化后数据处理过程能够满足运动捕捉的实时性要求,具备错误自动检测和纠正能力,处理过程无须人工干涉。     

冶金专用车车架结构的优化设计

在某型冶金专用车车架概念化设计的基础上,以有限元结构分析和优化算法相结合为手段,对横梁和纵梁的截面尺寸进行优化,建立了车架的有限元模型,优化数学模型,通过电测试验验证了有限元模型的正确性,采用ANSYS参数化设计语言编制了优化设计程序,用ANSYS软件中的一阶优化方法获得最优设计。实际应用表明该优化设计方法比原有的设计方法更为有效和快捷,该方法可广泛应用于车架优化设计工程中。     

基于粒子群优化算法的自抗扰控制器设计

针对自抗扰控制器参数难以整定的问题,提出了基于粒子群优化算法的自抗扰控制器优化设计方法。该设计方法的实质就是选择合适的适应度函数,利用粒子群优化方法对自抗扰控制器的可调参数进行优化。设计方法运算简单,易于实现。对某炮控伺服系统的仿真研究表明,这种方法是可行的。     

天线结构多目标模糊序列级优化方法

本文基于模糊集理论,提出了一个结构重量、结构变形、结构费用、结构固有频率特性等有效满意优化设计法——多目标模糊序列级优化法。此方法粗略构造了产品自设计至使用过程的费用函数,并在考虑破坏准则模糊性的条件下,通过合理确定结构拓扑描述,构造单目标满意隶属度函数为扩展二次型函数,以线性加权和积幂加权法作为综合评价准则,目标分级处理,将多目标模糊优化问题转化为序列级优化问题。进而,针对不同情况分别用线性扩展内点罚函数序列级优化法和次约束序列级优化法求取有效满意设计方案。本文将方法编程,并对一般桁架及天线结构进行了优化计算。算例结果表明,此方法具有简明、灵巧、有效、实用的特点。     

天线结构设计中离散对偶优化方法—DOM方法

本文基于数学规划中的对偶理论,提出了一个结构重量最轻优化设计方法——DOM法。此方法可适用于设计变量为全离散型或混合离散型。DOM法利用近似概念、最严约束概念,将一般的离散优化问题转变为相应的对偶问题。在连续的一维对偶空间内用离散一维搜索的方法直接得到离散最优解。本文将方法编程,并对桁架及天线结构进行了计算。算例表明此法简便、有效,有时其效果比采用其它方法更为满意。     

基于结构的神经网络优化结构参数的应用

介绍了基于结构的神经网络建模原理，提出了基于结构的神经网络结构参数优化方法。应用该方法建立了52SFZ-140-207B型液压缓冲器基于结构的神经网络模型，并对系统的关键结构参数进行了优化。通过优化，液压缓冲器的动态性能得到了改进。     

大型空间刚架结构参数优化与试验对比

为了对某型号大型电除尘器空间机械刚架进行结构参数优化，建立了其优化过程模型；在ANSYS软件平台上，利用基于Fortran语言的ANSYS二次开发语言APDL建立了空间结构虚拟样机可重用三维参数化数字模型，完成了结构虚拟强度仿真分析；基于分析结果，建立了优化数学模型，完成了结构参数优化，目标函数下降25.85%，优化效果明显，优化程序有良好的通用性和可移植性；针对优化后的结构，设计加工了一个试验台，进行了强度应力试验，并和虚拟试验进行了数值对比，结论认为优化结构合理，ANSYS虚拟仿真数据结果可靠。     

基于主模型CAD/CAE集成的卷绕锭轴结构参数优化

高速卷绕头是化纤长丝纺丝机的重要单元机,国内之前研究相对较少。采用虚拟产品开发技术进行高速卷绕头新产品开发的技术创新,提高卷绕头产品开发效率。与同类研究类似,在高速卷绕头产品的虚拟开发过程中,集成CAD/CAE系统存在若干技术瓶颈。基于CAD/CAE系统集成方法的对比分析,建立了主模型CAD/CAE集成框架,并在该框架下进行了高速卷绕头锭轴结构参数优化设计,其优化设计的动力性能分析结果验证了基于主模型CAD/CAE集成框架进行高速卷绕锭轴部件虚拟开发的有效性。

Abstract：

Researches based on the high speed winder, which is a key unit machine for filaments treatment, are relatively rare in China. The techniques of virtual product development （VPD） were applied to improve the new product development of the high speed winder, which would raise the product development efficiency of the high speed winder. Similarly to the research of this kind, in the procedure of developing the virtual product for the high speed winder, there were several key technical problems in the CAD/CAE integrated system. The contrast analysis of the CAD/CAE integrated methods was given; furthermore, the CAD/CAE integrated framework based on master model was built, in which the structural parameters of the high-speed winder chuck was optimized for design. The dynamic characteristics analysis for the optimization design was done; consequently, the result indicates that in the CAD/CAE integrated framework based on master model, the structural parameter optimization of high-speed winder chuck is available.     

加速混沌优化方法及其应用

对混沌优化算法进行改进，提高了混沌优化算法的效率，加速混沌优化算法利用混沌运动的性质，同时不断缩小变量的搜索空间，在混沌优化搜索过程中，以具有一定保证的当前最优解为中心，不断地缩小优化变量的搜索区间，调整细化参数，促使搜索能够更快，更有效地全局最优解收敛，仿真计算表明算法有效。     

过热器机理模型的遗传算法参数优化方法研究

针对过热器模型各参数存在的强耦合性,提出了基于遗传算法的机理模型参数优化方法。建立过热器数学模型,确定优化参数,应用遗传算法进行优化,直到模型精度达到要求。仿真研究表明,运用该方法建立的过热器模型达到预定精度要求;优化过程自动进行,缩短了建模和优化时间。这种方法具有通用性,简单易行,为火电厂仿真机数学建模和参数优化提供一种新的思路和方法。     

管网系统改造优化设计问题的模型及分层分解算法

本文建立了城市供水管网系统改造优化设计问题的数学模型，提出了将管网布局优化和参数优化分层、将管网参数优化和水源参数优化分解求解该问题的方法，研究了各个子问题的求解方法，仿真结果表明该方法是实用有效的。     

基于自适应量子粒子群算法的FIR滤波器设计

针对量子粒子群优化(quantum-behaved particle swarm optimization,QPSO)算法的参数控制方式,提出了一种自适应调节方法,该方法根据粒子之间的位置关系来设定参数值,给出了具体的设计思想与实现步骤。然后针对有限脉冲响应(finite impulse response,FIR)数字滤波器的优化设计实质,即多参数优化问题,通过适当的编码方式将改进的QPSO算法(adaptive QPSO,AQPSO)应用在其优化设计中,设计了低通和带通FIR数字滤波器。实验结果表明,AQPSO在收敛速度、鲁棒性及优化效果等方面都优于遗传算法(genetic algorithm,GA)、PSO算法及QPSO算法,说明了AQPSO算法的有效性和可行性。     

求解双层CARP优化问题的知识型蚁群算法

双层CARP优化问题不仅要解决微观路径优化问题, 还要解决宏观配置优化问题, 最大程度地降低整体系统的固定成本和运行成本. 提出了一种求解双层CARP优化问题的知识型蚁群算法: 构建了一个动态参数决策模型, 并采用该模型为每次迭代动态地选择一组合适的参数; 基于弧段聚类知识和弧段顺序知识来构建可行解; 采用2-Opt方法对每次迭代中的最优解进行局部优化. 实验结果表明知识型蚁群算法在优化性能方面优于其他几种方法.     

基于混合粒子群算法的装运机械组合优化方法

针对堆石坝工程物料装运机械组合优化问题的复杂性, 建立了装运机械的多目标非线性组合优化模型(MOOM). 进一步地, 把加权法和惩罚函数引入到带收缩因子的粒子群算法中, 提出了一种新的求解多目标非线性组合优化问题的混合粒子群算法(MI-HPSO). 该算法具有概念简单、参数设置少、收敛速度快及全局搜索能力强的特点. 实证研究表明, MI-HPSO为解决物料装运机械MOOM优化模型提供了有效的决策方案.     

一种计及气动和隐身约束的结构两级优化设计方法

针对计及气动和隐身约束的结构优化中所面临的计算困难,以减少结构、气动和隐身重分析次数,降低计算量为核心,基于并行子空间思路提出了一种计及气动和隐身约束的结构两级优化设计框架.该框架将设计变量区分为全局变量和局部变量,系统级优化全局变量,而将局部变量放在学科级优化.仅将全局变量作为系统级优化响应面的输入变量,大大降低了构造响应面近似模型的代价.以计及气动和隐身约束的无人机机翼结构优化为例说明方法的有效性.