富氏级数在力学计算中的应用

本文由能量原理出发,将结构的位移或应力函数展开成富氏级数,从而计算出结构或系统的弹性应变能及总势能。并利用最小势能原理确定富民级数中的待定系数,最后求得位移或应力的分布函数近似值。     

结构分析的Hopfield神经网络解法

根据最小势能原因与Ｈｏｐｆｉｅｌｄ神经网络运作机制的相似形,构造一个适当的Ｈｏｐｆｉｅｌｄ神经网络,以结构总势能作为神经网络的能量函数,用神经元状态变量代表结构,各自由度在总坐标系中的位移分量,用神经网络的连接权值代表结构的总刚矩阵,用神经元的阈值代表结构在总坐标系中的等效节点荷载。用一神经网络求解已引入支承条件的结构位移方程,数值模拟表明,这种解题方法的收敛速度优于传统的Ｇａｕｓｓ－Ｓｅｉｄｅｌ     

变分法解两端铰支梁柱的屈曲问题

本文由变分法中的最小势能原理导出两端铰支的梁柱屈曲时的最小轴向压力，并用总位能的二阶变分说明这个最小轴向压力就是该梁柱的临界压力Ｐｃｒ。     

随机位移法解小挠度薄板弯曲问题

应用一种新的力学计算方法－－随机位移法来分析小挠度薄板弯曲问题,计算时先借用有限元法的离散技术,将薄板结构离散成若干个单元和节点,以节点位移为基本未知量并给其以一定范围内的随机初值,由分片插值方法求出各单元位移,并由此获得各单元的应变能和结构的总势能,根据最小势能原理,当结构的总势能最小时,所给的节点位移为真实位移,这时若以总势能为目标函数,利用遗传算法求其最优解,则可得各节点位移的近似值。     

边坡稳定分析的最小势能法与极限平衡法的对比研究

最小势能边坡稳定分析方法依据稳定平衡体系势能最小的原理，从整个边坡的势能变化求得一个满足势能最小的位移，据此直接求出滑面上的法向应力分布，再利用平衡条件和摩尔-库仑强度准则便可直接得到安全系数．此方法概念简单明了，结果可信．本文将最小势能方法和常见的极限平衡法作了详细的对比研究和误差分析．计算表明，最小势能方法和严格条...     

PuC2基态分子的结构与多体展式势能函数

用相对论有效原子实势和密度泛函理论方法对PuC和PuC2分子的结构进行优化，得到了其平衡几何构型和谐振频率．采用最小二乘法拟合出PuC基态分子的Murrell-Sorbie解析势能函数，在此基础上推导出光谱数据和力常数，并用多体展式理论导出PuC2基态分子的解析势能函数，正确地反映其平衡构型特征．     

薄壁构件几何非线性方程及其边界条件

从薄壁构件的弯扭总势能方程出发，应用最小势能原理，得到了开口薄壁构件几何非线性微分方程的一般表达式及其全部边界条件。阐述了边界条件的物理意义，讨论了实际问题中部分边界条件的不严格所引起的不利结果。     

挡土墙加固岩土边坡的最小势能分析方法

最小势能边坡稳定性分析方法是一种正处于发展完善中的新型边坡稳定分析方法,本文结合土力学经典库伦土压力理论将最小势能分析方法的基本原理应用到挡土墙后土体的稳定性分析中.根据最小势能原理求出滑移面的法向应力,从而得到沿整个滑移面的抗滑力,由力矩平衡条件解出稳定系数.通过大量的算例把最小势能方法和常见的极限平衡法进行挡土墙后土体稳定分析的结果作了对比研究和误差分析.结果表明最小势能方法求取安全系数的过程简洁、概念明确合理、结果可显式表示,与极限平衡方法或有限元方法等相比,更具有实用价值.     

结构最大刚度拓扑优化的隐式方法

提出了结构在力、位移以及力与位移混合作用方式下结构最大刚度拓扑优化的一般性设计方法.设计目标为最大化结构的最小总势能,设计变量为单元的密度.通过SIMP(solid isotropic materials with penalization)准则建立设计变量与结构性能之间的关系.通过KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件推导了优化问题的最优解条件;并给出了基于最优解条件的变量迭代格式.迭代格式不显含目标函数,是一种隐式的求解方法.数值算例表明,对于结构承受力、位移以及力和位移混合作用时均能够获得准确结果,且方法具有简洁高效的特点.     

混合变量的最小势能原理及其应用

应用修正的功的互等定理,提出了小变形线性弹性理论混合变量的最小势能原理。混合变量总势能对位移和应力取变分极值的欧拉方程和自然边界条件分别为平衡方程,静力边界条件和位移边界条件。以该原理为基础,导出了弯曲矩形板的相应原理。同时,应用该原理计算了一悬臂矩形板的弯曲。推导和分析表明,该原理兼有最小势能原理和广义势能原理两者的优点。应用显示,这是一求解矩形板弯曲的一般方法。     

冲击载荷下结构拓扑优化设计与动态响应分析

为解决结构动态冲击载荷拓扑优化计算过程复杂、计算效率低,而且难以收敛等问题,建立了一种在冲击载荷下结构的拓扑优化方法. 将双向渐进结构拓扑优化方法和等效静力载荷优化方法相结合,同时将权值法和材料插值模型引入其中. 采用内外双层循环的方式实现了冲击载荷下单相材料和双相复合材料/结构的拓扑优化. 通过两个算例验证了方法的可行性与高效性,并且对优化后的结构进行动态响应分析,分析结果表明与传统方法相比,采用新方法优化得到的结构,在冲击载荷下承载能力更好,说明该方法适用于冲击载荷下结构的拓扑优化设计,且优化流程简洁,计算效率高,优化平稳高效.      

一种考虑位移和应力约束的结构拓扑优化方法

为了研究位移和应力约束以及重量最小的结构拓扑优化问题,基于ICM（独立、连续、映射）方法和渐进结构优化方法的思路,提出了一种考虑位移和应力约束的结构拓扑优化方法．在优化迭代循环的每一轮子循环迭代求解开始时,为了控制拓扑设计变量的变化量,依据结构位移、应力量和其约束限,形成和引进了新的位移和应力约束限．研究了位移线性近似式和应力约束转换表达式,建立了单元删除阚值和几轮迭代循环的单元删除策略．为了确保优化迭代中结构非奇异和方法具有增添单元的功能,在结构孔洞和边界周围引入了一层人工材料单元,并建立了一套有效结构信息到结构最大设计域信息的映射转换方法．结合拉格朗日乘子法,改进了子循环迭代中连续拓扑变量的求解方法,形成了一种新的连续体结构的拓扑优化方法．给出的算例验证了该方法的正确性和有效性．     

考虑气动-结构耦合的机翼三维结构拓扑优化方法

针对机翼三维结构拓扑优化方法在工程实际应用中的气动-结构耦合问题,开发了一种在机翼翼型表面直接加载气动载荷的三维拓扑优化方法。用更接近真实工程的约束和载荷条件进行结构拓扑优化,便于考虑不同翼型之间气动载荷的差异,并兼顾拓扑优化方法的载荷敏感性;利用MATLAB编写自动网格划分、施加约束和载荷、求解优化的结构分析程序,实现气动-结构分析统一模型;最后通过实例验证了方法的可行性及有效性。结果表明该方法为载荷敏感的拓扑优化方法更精确得到符合实际工况的优化结果提供了一种实用的方案;并对于气动-结构耦合三维拓扑优化方法进行了原理性的探索研究。     

SQP法在大型结构优化设计中应用的研究

首先分析了SQP法的原理与特点,然后根据大型结构优化设计问题的要求,提出了把SQP法应用于其中的一些关键技术问题,如敏度分析、结构重分析等.通过工程实例的应用和设计计算,成功地把SQP法应用于大型结构优化设计问题的求解,得到了满意的结果.     

细长机械臂的刚度灵敏度分析与参数优化

针对细长机械臂的结构优化问题,提出了一种基于刚度灵敏度分析的参数优化方法.以三自由度固体火箭发动机内壁打磨机器人为例,首先给出了系统结构模型并建立了机械臂的刚度模型;其次,针对机械臂上7个关键部位的壁厚对弯曲刚度的影响进行了灵敏度分析,确定出对机械臂刚度敏感的4个部位壁厚变量;最后,以该4个壁厚变量为设计变量进行优化设计,得出了最优方案.仿真结果表明,经过参数优化后的机械臂刚度提高7.04%.该研究结果为此类机械臂的结构优化问题奠定了理论基础.     

多层框架结构区间优化新方法

多层框架结构的设计参数受测量或加工精度影响往往具有一定的误差或不确定性.针对设计参数具有不确定性的多层框架结构,提出一种区间优化新方法.用区间数表征框架结构的不确定设计参数,通过优化框架结构响应区间值的上界,将区间优化问题转化为近似的确定性优化问题.将结构响应Taylor展开式中的一阶导数也看成区间的,可得到框架结构响应更加准确的变化范围. 选择区间设计参数的中值和半径为优化变量,可以得到比传统确定性结构优化更多的优化信息.对一典型四层框架结构进行了具有频率约束的区间优化.结果表明,区间优化不仅能得到与传统结构优化大致相同的设计参数最优值,还能得到当实际工程问题中设计参数取不到理论最优值而有微小波动时,框架结构响应的变化范围,为框架结构的可靠性分析提供理论依据.     

基于可靠性的结构优化设计

建立以重量为目标函数的平面刚架优化模型,对结构进行基于可靠性的优化设计,可靠指标的求解采用JC法,优化算法采用约束变尺度法,最后给出平面刚架计算实例,结果表明了方法的有效性。     

结构拓扑及参数优化研究的发展

首先介绍了关于结构优化的基本问题,然后按其分类方式阐述了各种优化方法的研究现状,最后对结构拓扑优化中的常用算法及其常见的数值不稳定现象进行了分析.     

基于神经网络的桁架结构优化设计

阐述了基于神经网络的结构优化设计原理 ,提出了基于神经网络的结构优化设计的模拟退火算法 ,为了提高模拟退火算法的收敛速度 ,提出了改进的惩罚算子计算公式·用两个桁架结构的优化设计算例验证了所提方法的有效性与准确性·研究结果表明 ,该方法较之其他优化方法更准确 ,更有效·     

基于一种新的应力准则的渐进结构优化方法

根据工程优化设计中最关注的材料利用率和最大应力最小化问题，引入且导出了应力评估参数，并基于此参数和单元的应力水平，提出了一种新的应力准则．该方法能有效缓解在删除无效材料时可能导致的应力集中．用两种不同方法对悬臂梁进行了优化设计，实例说明这一方法比传统的基于应力的渐进结构优化方法更为有效．