多工况应力约束下连续体结构拓扑优化映射变换解法

针对多工况连续体结构拓扑优化常见模型中存在的目标函数非连续性 ,基于独立连续拓扑变量概念及映射变换方法 ,建立了多工况应力约束下连续体结构拓扑优化新的连续模型 .考虑多工况结构拓扑优化中“荷载病态”现象 ,提出应用荷载加权系数的单元删除准则及分层优化算法求解 .算例验证了本文方法的正确性和高效性     

应变状态下ZL114A铝合金低周疲劳行为的研究

在室温应变控制下,对ZL114A铝合金进行了单轴低周疲劳试验研究和显微分析,结果表明:材料在低周载荷下,当循环应变幅值小于0.6%,材料没有表现出循环硬化现象.随着循环应变幅值的增加,材料表现出明显的循环硬化现象;且随着应变幅值的增加材料的附加强化程度增大;应变幅值的大小对ZL114A铝合金低周疲劳寿命有较大影响,随着应变幅值的增大,疲劳寿命降低明显;疲劳损伤断口表现出大量的韧窝和韧性断裂的特征.     

直升机星形柔性桨毂夹板载荷飞行试验研究

以桨毂夹板应变测量法为基础,通过飞行试验,获得夹板静应变幅值、动应变幅值和结构动力学特性,分析了夹板静载荷和动载荷随时间、测点位置及直升机典型飞行状态的变化规律,为夹板载荷谱的编制、结构改型及寿命评估提供依据.     

基桩动力稳定性模型试验研究

为探讨动力荷载作用下基桩的动力稳定性,在大型地槽中以均匀细砂模拟桩周土,分别构造不同桩径、桩身埋置率及边界条件的基桩.通过协调加载系统在桩顶施加不同幅值与频率的简谐振动荷载,利用埋设的传感器采集桩身及桩周土的应力应变等动力响应,经对比分析获得桩径、埋置率、荷载频率与大小等参数对桩顶位移的动力影响规律,并验证了基桩的参数共振现象.研究发现:频率观测值小于理论计算值,可用取值为0.5～0.8的系数k予以调整,且动荷载幅值越大、桩周土越深,k的取值就越偏小.     

车辆荷载-桥梁效应数字建模与系统状态监控

智能提取并分析了结构车致应变与桥上车辆荷载的特征参数.采用混合高斯模型分别建立车致应变幅值和总质量5 t以上车辆荷载参数的概率密度模型,确定其在统计意义上的重车簇.以车辆最大轴荷和车致应变幅值的重车簇概率特征值为基础,建立车辆荷载与车致应变关系映射数字模型,并根据朴素贝叶斯理论对其进行相关性增强处理,进而提出了一种反映...     

基于杂交元和变密度法的连续体结构拓扑优化设计

将杂交元推广于结构拓扑优化设计,推导了拓扑优化中数值计算和敏度分析的基本方程,对等参元和杂交元的拓扑优化结果进行了对照,最后的优化布局表明：使用杂交元能得到较好的拓扑优化结果,再实施过滤技术,优化结果会更加精致。杂交元不仅能提供更高精度的拓扑优化结果,而且还能进一步克服等参元难免的棋盘格式问题。     

基于二级多点逼近算法的连续体结构拓扑优化

针对基于变密度法的连续体拓扑优化中设计变量连续性的特点,建立了以结构重量最小为目标,考虑位移和频率约束的连续体结构拓扑优化模型;原拓扑优化问题先转化为具有较高精度的第一级多点近似序列问题,该问题的约束函数由优化过程中历史设计点的临界约束函数值及其一阶导数构造;再通过线性泰勒展开建立可由对偶法快速求解的第二级近似序列问题,以逼近各第一级近似问题的解. 采用敏度过滤技术,避免棋盘格引起的数值缺陷问题,并对低密度区域的单元刚度进行惩罚,以消除频率约束问题的局部模态现象. 优化过程中采用通用有限元程序Nastran进行结构分析和敏度分析. 数值算例结果表明:应用该方法可以有效地解决具有位移和频率约束的连续体拓扑优化问题.      

国家层面综合客运枢纽分层布局鲁棒优化模型

为提高国家层面综合客运枢纽的运行效率,充分分析枢纽等级和需求层次的对应关系,考虑城镇化发展阶段客运需求的不确定性,构建了基于有能力限制的层级选址模型和随机p-鲁棒(p为相对后悔值限定系数)的综合客运枢纽布局优化模型.设计免疫克隆算法对模型进行求解,通过算例验证模型和算法的有效性.结果表明:分层布局方法比非分层布局方法更优,当p小于分层随机优化模型所有情景中的最大相对后悔值时,分层鲁棒优化模型求解结果的鲁棒性比分层随机优化模型更强,设计的算法比优化软件CPLEX更高效,同时p的取值、枢纽覆盖范围和情景概率对枢纽布局方案产生较大影响.分层鲁棒优化模型能为国家层面综合客运枢纽布局提供决策参考.     

润扬悬索桥钢箱梁结构疲劳应力监测及其分析

分析了润扬悬索桥结构健康监测系统记录的钢箱梁结构主要部件在交通和环境载荷下的应变时程曲线的规律,研究得到了润扬悬索桥钢箱梁结构在正常交通载荷、重车过桥和台风经过时的疲劳应力谱的特征;结合该桥实时监测的温度变化,分析得到了钢箱梁结构应变时程和温度时程之间的关联性.研究结果表明:润扬大桥结构健康监测系统中的局部应变监测系统能够有效提供钢箱梁结构疲劳应力监测信息;目前各监测部位的有效应力幅较低,主要由车辆和环境气温变化共同引起,疲劳应力的平均值与环境气温变化有很大相关性;重型卡车通过对桥梁造成的疲劳损伤增量幅值是一般车辆载荷经过时引起的几十甚至上百倍,因此在特大型车辆通过时需要密切关注和监测其引起的过载及其对疲劳累积过程的影响.     

应变控制方式下ZG270-500材料特性试验研究

以工程领域常用材料ZG270-500为研究对象,通过多组应变控制下的循环加载试验,分析了不同加载工况下的应力应变滞回曲线特征及响应应力幅值随循环次数的变化规律。试验结果表明,ZG270-500钢在单级应变循环载荷作用下表现出循环硬化特性和包申格效应;随着循环周次的增加,循环硬化速率最终趋于稳定的常值,且此常值与外加应变载荷幅值呈线性关系,正向加卸载分支比反载分支的包申格系数明显偏大,且都随应变幅值增大逐渐减小,即包申格效应减弱;多级应变循环加载时,前期较大的应变历史会提升后续小应变时的响应应力幅值。     

基于负荷曲线分段的配电网无功优化策略

针对电网负荷的波动性,采取分时段无功补偿策略对改善电压质量和保证运行经济性具有重要实用价值。首先,基于典型日负荷曲线建立了负荷曲线的优化分段模型。在此基础上基于平均节点电压偏移灵敏度指标和网损灵敏度指标建立了无功补偿点的筛选确定方法,并以平均电压偏移和网损最小为优化目标建立无功补偿优化模型。其次,通过基于分解的多目标优化算法对所建立优化模型分别进行求解,可得出负荷曲线的分段点及每个负荷分段下对应的最优补偿方案。最后,以IEEE 33节点配网系统和实际电网仿真分析,验证了所建立优化策略的可行性和有效性。     

飞机结构载荷测量应变电桥热输出修正方法

针对近年来在飞机结构载荷测量飞行试验过程中发现的结构温度对载荷测量结果影响的问题,在分析载荷测量应变电桥热输出产生的原因和机理基础上,提出一种基于多项式拟合的应变电桥热输出分析和修正方法。通过地面温度试验验证了该方法的有效性,并利用该方法对多型飞机结构载荷飞行试验实测结果进行修正,取得了良好的修正效果,有效地提高了载荷测量的精准度。研究成果为飞机结构载荷测量应变电桥热输出修正提供了适用的理论依据和工程方法,对飞机结构载荷飞行试验验证起到了重要的支撑作用。     

基于3D-DIC方法研究内爆作用下金属圆柱壳体的动态变形特征

针对爆炸容器动态变形的研究,传统方法是采用电阻应变片对某一点的变形进行测量,这种“点应变”测量不能得到结构动态变形的全场数据,并且爆炸产生的带电气体对应变片干扰较大.为克服电阻应变测量的不足,采用双目立体成像的原理对内爆炸载荷作用下的金属壳体动态变形进行测量.获得了直径210 mm、壁厚2.5 mm的金属圆柱壳体在不同TNT当量（20,60,80,100 g）的全场变形.分析壳体的动态变形,拟合了环向、轴向变形和挠度的经验公式,为金属圆柱壳体结构的抗爆设计提供理论依据.     

散体材料桩复合地基桩土应力比计算新方法

针对现有桩土应力比计算方法存在的局限性与不足,研究了基于桩土相互作用机理的散体材料桩复合地基应力应变关系,并在考虑桩、土体孔隙率随加载而不断变化的基础上,建立了面积置换率与桩、土体变形模量及泊松比的确定方法.引进分级加载和分层计算的思想,建立了散体材料桩复合地基桩土应力比计算新方法.该方法适用于不同布桩方式下桩土应力比的求解,且能够反映桩、土体变形模量和面积置换率随加载而不断变化的特点.工程实例计算与分析并与其他计算方法比较表明了该方法的合理性与可行性.     

考虑需求侧响应的热电联供型微网经济优化运行

热电联供(combined heat and power,CHP)微网是提高可再生能源利用率以及实现能源转型的有效途径之一,具有广阔的应用前景。为保证其经济、灵活、高效运行,需对CHP微网进行合理的系统优化。为此提出考虑热、电负荷需求侧响应CHP微网多目标优化方法,热电负荷需求侧响应模型基于建筑物热力学模型,同时考虑可转移负荷的调度。在此基础上,建立基于热电负荷需求侧响应的多目标混合整数线性规划模型,采用所提复合粒子群算法求解。算例仿真结果表明,应用热、电负荷需求响应可以使供电、供热的灵活性大大提升,并且降低了系统经济运行成本。     

渐进结构拓扑优化在重力坝中的应用研究

摘要:实体重力坝是重力坝坝型的发展趋势。文章以ANSYS10.0为平台,结合APDL语言,在传统的渐进结构优化（ESO）思想的基础上,采用结构的应变能删除准则,对实体重力坝非溢流坝段进行拓扑优化。优化结果表明：结构的应力和抗滑稳定均满足规范要求,且优化结果与工程实际要求较吻合,同时也从数值上验证了此方法对实体重力坝非溢流坝段进行拓扑优化是可行和有效的。     

基于能量原理的等效静态载荷法及其在活塞动态优化中的应用

针对位移等效静态载荷法在求解结构动态优化时遇到的等效关键时间点不合理、等效结果误差大等问题,提出一种基于能量原理的等效静态载荷法.该方法通过将结构动态响应解空间进行谱元离散,识别出结构的关键时间点,并在该时间点构建了基于能量等效的动态载荷静态转化数学模型.应用优化算法搜索得到了等效静态载荷集的最优解,从而将结构动态优化问题转化为静态优化问题求解.最后,通过在某柴油机活塞油腔结构的动态优化设计中的有效应用,验证了能量等效静态载荷法的有效性和工程实用性,拓展了等效静态载荷法的理论范畴,同时为复杂结构动态响应优化设计提供了一种新的思路.     

考虑源荷不确定性的风光储耦合制氢系统两阶段能量调度

为降低源、荷不确定性对系统能量调度的影响，提出了一种离网型风光储耦合制氢系统两阶段能量调度策略，并建立日前-日内两阶段滚动优化调度模型。日前调度阶段，采用电解槽分级调度策略，并以系统富余功率或过剩功率与可再生能源总功率比值最小为目标函数，建立日前系统稳定性调度模型。日内调度阶段，考虑可再生能源与负荷的不确定性，提出储能分组调度策略，建立包含源、荷预测误差的日内调度目标函数，以滚动优化方式修正日前机组出力计划。对黏菌算法改进，使用改进黏菌算法求解调度模型。算例表明：所提出两阶段稳定性调度模型可有效应对源、荷不确定性对系统能量调度影响，提高了系统应对源、荷波动时的稳定性。     

基于粒子群算法的大跨度钢结构吊点层次优化

在面对大跨度钢结构的多台起重机协同吊装时,为了解决各种变形协调方程都不明确情况下的结构吊点设计问题,利用最小应变能原理,基于改进粒子群算法对吊点进行层次优化,即对吊点数量和布局进行综合优化.通过对标准粒子群算法进行改进并结合APDL的ANSYS二次开发技术,在MATLAB环境中编制了适应大跨度钢结构多吊点层次优化的程序,有限元软件ANSYS被后台调用求解目标函数.该方法充分发挥了有限元软件数值计算准确及粒子群算法求极值的高效性和全局性的优点,与ANSYS自带的零阶方法以及遗传算法、模拟退火算法等进化算法相比表明,本优化方法取得了较好的结果,为解决大跨度结构的吊点离散变量组合优化问题提供了一种新的更有效的途径.     

平台架构概念设计阶段车身结构优化方法

针对平台架构概念设计阶段的车身结构优化问题,创造性地提出一种新的方法,包含3个阶段：第1阶段为考虑真实碰撞载荷,利用多模型优化法（MMO）进行综合工况下的车身全局拓扑优化,解读不同的传力路径;第2阶段为考虑平台架构高低姿态车型,利用SFE CONCEPT软件建立不同传力路径下的车身参数化模型,进行不同动力下的结构对比分析及优化,确定车身传力路径形式;第3阶段为基于近似模型法的车身截面优化和基于等效静态载荷（ESL）法的车身料厚优化,并将优化方案代入高低姿态车型,在不同动力类型下进行验证及优化,保证车身结构处于平台架构目标性能带宽下。在某车企的平台架构概念设计阶段,利用该方法对车身结构进行了优化,验证了该方法的工程可实施性。