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基于应力分析的桁架结构双向拓扑优化方法

应用力学学报 2012年第3期29卷 269-273,352页

作者：何林伟蔡国平上海交通大学工程力学系海洋工程国家重点实验室上海200240

结构拓扑优化问题的研究多是采用基结构的思路,通过删除在设计区域内的不必要单元来得到结构的最优拓扑构型。本文探索了一种增加单元与删除单元相结合的双向拓扑优化方法,采用了网格与杆件两类单元对桁架进行分析:在高应力杆件单元周... 详细信息

结构拓扑优化问题的研究多是采用基结构的思路,通过删除在设计区域内的不必要单元来得到结构的最优拓扑构型。本文探索了一种增加单元与删除单元相结合的双向拓扑优化方法,采用了网格与杆件两类单元对桁架进行分析:在高应力杆件单元周围生成新网格单元,并且删除低应力的杆单元,结构逐渐进化,从而得到优化的拓扑构型。文章最后通过数值算例,表明该方法是可行的。

关键词：桁架结构双向拓扑优化应力

带时间窗的同时取送货车辆路径和三维装箱联合优化研究

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带时间窗的同时取送货车辆路径和三维装箱联合优化研究

作者：何林伟长安大学

学位级别：硕士

近年来,为实现提质增效降本的目标,减少车辆数、提高车辆装载率成为物流企业降低营运成本的重要手段,车辆路径和装箱联合优化问题也愈发受到关注。考虑到具有取送货特性的物流配送在现实中的普遍性,本文研究带时间窗的同时取送货车辆路... 详细信息

近年来,为实现提质增效降本的目标,减少车辆数、提高车辆装载率成为物流企业降低营运成本的重要手段,车辆路径和装箱联合优化问题也愈发受到关注。考虑到具有取送货特性的物流配送在现实中的普遍性,本文研究带时间窗的同时取送货车辆路径和三维装箱联合优化问题(Vehicle routing problem with simultaneous pickup and delivery with time windows and three-dimensional loading,3L-VRPSPDTW),并设计算法以实现取送货物流系统的降本增效。论文首先分析了带时间窗的同时取送货车辆路径和三维装箱相关文献,对3L-VRPSPDTW进行扩展。针对同时取送货中存在的取送物品相互阻碍问题,提出按车厢X轴垂直切割(X-Vertical space partition,XVSP)和按车厢Z轴方向垂直切割(Z-Vertical space partition,ZVSP)两种切割模式。以营运成本最小化为目标,建立了考虑处理成本的带时间窗的同时取送货车辆路径和三维装箱联合优化模型(3L-VRPSPDTW considering handling cost,3L-VRPSPDTW-H)。为贴合现实物流运作,该模型考虑了时间窗、三维装箱、送货空间后进先出、取货空间重新处理等约束。由于问题复杂性,对一维VRPSPDTW数学模型采用求解器进行求解测试。本文设计了适用求解3L-VRPSPDTW问题的路径-装箱混合算法,算法基于路径优先,装箱其次思想,在自适应大邻域搜索算法中嵌入装箱启发式算法。算例实验结果表明:自适应大邻域搜索算法求解VRPSPDTW具有较好的性能。路径-装箱混合算法求解3L-VRPSPDTW时,嵌入开放空间启发式的路径-装箱混合算法具有更好的求解性能;后进先出约束会导致车辆空间装载率显著下降,XVSP模式优于ZVSP模式,可行装载空间选择策略采用空间定物品策略更具计算效率。混合算法求解3L-VRPSPDTW-H时,重新处理操作在小、中、大规模算例上实现平均装载率46.67%、10.53%、24.14%的提升。敏感性分析表明:在取送物品比例相同下,XVSP切割以0.6-0.7为比例进行取货空间划分较好;最小支撑面积参数与空间利用率成正比。本文数学模型和算法,为带时间窗的同时取送货车辆路径和三维装箱联合优化的深入研究提供理论基础和现实参考依据。

关键词：三维装箱同时取送货车辆路径问题自适应大邻域搜索处理成本

全装配钢混组合连续梁桥负弯矩区力学特性研究

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全装配钢混组合连续梁桥负弯矩区力学特性研究

作者：何林伟重庆交通大学

学位级别：硕士

本文为充分发挥钢-混凝土组合结构桥梁的装配化施工优势,提出一种采用由胶接缝和高强螺栓连接的全装配新型钢-混组合连续梁桥。在国家自然科学基金和重庆市技术创新与应用发展专项重点项目的支持下,开展了全装配组合梁的负弯矩区加载试... 详细信息

本文为充分发挥钢-混凝土组合结构桥梁的装配化施工优势,提出一种采用由胶接缝和高强螺栓连接的全装配新型钢-混组合连续梁桥。在国家自然科学基金和重庆市技术创新与应用发展专项重点项目的支持下,开展了全装配组合梁的负弯矩区加载试验研究,结合试验提出了适用于胶接缝全装配组合梁的1/4精细化建模方法,对负弯矩区的抗裂措施,尤其是顶升支座法和UHPC表层抗裂法进行了抗裂研究,最后对负弯矩区桥面板的主要构造进行了参数影响分析。主要研究内容和成果如下:(1)开展了1片全装配组合梁负弯矩区加载试验,试验表明:与钢梁的剪力连接作用使得开裂后组合梁仍具有较好的承载力及刚度表现;主裂缝发生在胶接缝处,无贯通钢筋使得最终破坏阶段时混凝土板完全断开。进行了5种不同建模方法的计算效率和与实测差异对比,提出了采用“钢梁壳单元+混凝土板实体单元+高强螺栓梁单元”的1/4模型(简称1/4精细模型)的适宜建模方法。(2)基于1/4精细化模型,建立了2×30 m的胶接缝全装配组合连续梁桥有限元模型,连续梁桥在设计荷载组合下负弯矩区最大计算拉应力为+2.559 MPa,应采取抗裂措施。对比顶升支座法、预压荷载法、张拉预应力钢束法、抗拔不抗剪法、高强材料法的抗裂效果,结合全装配施工工艺要求,选择顶升支座法和UHPC表层抗裂法作为全装配组合连续梁的负弯矩区抗裂措施。(3)进行了顶升支座法预应力损失分析,得出考虑长期效应的混凝土收缩徐变及高强螺栓变形是其损失的主要原因,分别占总损失的71.8%、28.2%,总的预应力损失约为施加时理论预压应力的40.9%,需要在计算时充分计入。(4)开展了组合连续梁UHPC表层抗裂法研究,提出:UHPC表层抗裂法是将普通混凝土的抗裂控制位置由外缘改变至层间交界处,混凝土受拉应变梯度使得UHPC层越厚,开裂荷载越高;负弯矩曲线变化陡峭,纵向不等厚度阶段形铺设UHPC可以在相同抗裂要求时减少UHPC用量。(5)开展了组合梁桥面板负弯矩区构造参数分析,研究了高强螺栓、混凝土板及接缝形式对混凝土拉应力、界面滑移及挠度的影响规律。结论表明:螺栓预紧力及抗剪连接度越大,拉应力越大但增长速率逐渐减小;预制板分块长度越长,保护层越厚,板厚越小,拉应力越大且成正比;接缝形式几乎没有影响。

关键词：全装配连续梁桥负弯矩顶升支座法构造分析

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结构拓扑优化启发式算法的研究

结构拓扑优化启发式算法的研究

作者：何林伟上海交通大学

学位级别：硕士

随着科学技术的不断发展,人们对工程结构提出了更高的使用要求,如何在满足约束的基础上更好地对结构进行优化设计,一直是工程界不断努力追求的目标。结构拓扑优化是一种非常优秀的设计方法,它是通过设计结构的最优拓扑构型而获得创新结... 详细信息

随着科学技术的不断发展,人们对工程结构提出了更高的使用要求,如何在满足约束的基础上更好地对结构进行优化设计,一直是工程界不断努力追求的目标。结构拓扑优化是一种非常优秀的设计方法,它是通过设计结构的最优拓扑构型而获得创新结构构型,在实际工程中得到了越来越广泛的应用。启发式优化算法的设计与应用是结构拓扑优化领域中一项很有意义的研究。启发式算法的设计思路通常是建立在简单而直观的概念基础上,其中的一些概念是由所谓的自然界的智慧所促使,比如遗传算法采用了自然界优胜劣汰的进化原理,模拟退火算法则源于对退火过程的模拟。这类算法难以用解析的方法进行研究,因此缺少严格的数学证明。但是,其对优化目标函数的数学性质(例如连续性,可导性,线性或非线性)往往没有过高的要求,因此特别适合于常规方法不易求解的复杂优化问题。在众多学者的不懈努力下,这一领域的研究已经取得了很大进展,并在工程领域中得到了广泛应用。本论文对结构拓扑优化启发式算法进行研究,内容涉及桁架结构与连续结构、确定性优化方法与随机性优化方法、静力学优化与动力学优化、以及联系工程实际的优化手段。本文研究得到了国家自然科学基金(编号:11072146, 10772112, 11002087)、教育部博士点基金(编号:20070248032)、上海市教委科研重点项目(编号:09ZZ17)和海洋工程国家重点实验室自主研究课题(编号:GKZD010807)的资助,主要研究内容和成果总结如下:(1)较为全面地综述了结构拓扑优化的研究进展。介绍了结构拓扑优化的建模、求解方法和存在的数值问题及其解决途径。(2)研究了遗传算法的原理。使用罚函数把结构拓扑优化中的有约束极值问题转换成遗传算法能求解的无约束极值问题。使用遗传算法求解了桁架结构在静力学约束和动力学约束下的拓扑优化问题。(3)分别针对桁架结构和连续结构,设计了在静力学应力约束下的启发式生长进化算法。优化计算从简单设计区域开始,在迭代过程中同时考虑单元的删除和添加,在应力高的单元周围生长出新单元,同时删除应力值较低的单元,从而实现结构的自生长和自进化。(4)利用基结构,设计了静力学约束下连续体结构拓扑优化的快速进化算法及其改进方法,通过比较相邻两次迭代过程中结构各单元的性能指标,并采用扰动技术,计算出下一迭代步中的优化变量值。(5)为了解决复杂结构拓扑优化设计中的建模及求解问题,设计了ANSYS接口,采用动态数组在MATLAB和ANSYS间传递数据。对空间结构进行了计算,得到了较好的结果。研究了平滑处理技术,得到具有光滑边缘的拓扑结构。结构拓扑优化是当今结构优化领域内具有挑战性的研究课题,许多方面还需要进一步深入研究与探讨,因此在论文的最后,对本文的研究工作和成果进行了全面总结,对未来的研究问题进行了展望。

关键词：拓扑优化启发式算法遗传算法双向进化 ANSYS接口平滑技术

Von Mises应力约束的连续结构的一种双向拓扑优化方法

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力学季刊 2011年第1期32卷 19-27页

作者：何林伟蔡国平上海交通大学工程力学系海洋工程国家重点实验室上海200240

本文依照双向进化结构拓扑优化方法(BESO)的基本思路,采用一种双区域技术,设计了一种双向进化拓扑优化方法,将设计区域划分为两个区域:用于显示结构拓扑构型的前台区域以及用于搜索单元可能生长方向的后台区域。根据结构有限元计算确定... 详细信息

本文依照双向进化结构拓扑优化方法(BESO)的基本思路,采用一种双区域技术,设计了一种双向进化拓扑优化方法,将设计区域划分为两个区域:用于显示结构拓扑构型的前台区域以及用于搜索单元可能生长方向的后台区域。根据结构有限元计算确定单元所在区域,并根据不同的区域,增加或删除结构单元,从而获得最优的拓扑构型。文章最后通过数值算例验证了该方法的可行性。

关键词：拓扑优化 Von Mises应力双向进化

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小足倒毛摇蚊的再描述(双翅目:摇蚊科)

安徽农业科学 2011年第5期39卷 2548-2549页

作者：何林伟胡娟魏冬梅齐鑫台州学院生命科学学院浙江临海317000

对摇蚊科(Chironomidea)倒毛摇蚊属(Microtendipes Kieffer),1915小足倒毛摇蚊[***(De Geer,1776)]进行再描述,并附主要特征图。

关键词：双翅目摇蚊科小足倒毛摇蚊中国再描述

热处理工艺对喷气涡流纺低熔点涤纶长丝包芯纱力学性能的影响

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纺织学报 2024年第11期45卷 73-79页

作者：缪璐璐孟小奕董正梅彭倩何林伟邹专勇绍兴文理学院浙江省清洁染整技术研究重点实验室浙江绍兴312000 绍兴文理学院绍兴市高性能纤维及制品重点实验室浙江绍兴312000 绍兴国周纺织新材料有限公司浙江绍兴312000 绍兴国周纺织整理有限公司浙江绍兴312030

为进一步提升喷气涡流纺包芯纱的力学性能,发挥低熔点长丝的热熔型黏合特性,制备低熔点涤纶长丝喷气涡流纺包芯纱,基于Box-Behnken Design响应面法,探究非接触式热处理过程中牵伸倍数、热处理速度和热处理温度3个因素对包芯纱断裂强度... 详细信息

为进一步提升喷气涡流纺包芯纱的力学性能,发挥低熔点长丝的热熔型黏合特性,制备低熔点涤纶长丝喷气涡流纺包芯纱,基于Box-Behnken Design响应面法,探究非接触式热处理过程中牵伸倍数、热处理速度和热处理温度3个因素对包芯纱断裂强度、断裂伸长率和断裂功的影响规律,并进行热处理工艺优化。研究结果表明:热处理温度和牵伸倍数减小、热处理速度增大,有利于包芯纱的断裂强度、断裂伸长率、断裂功的增大。通过响应优化,得到低熔点涤纶长丝喷气涡流纺包芯纱的最佳热处理工艺:热处理温度为130℃;速度为9000 mm/min;牵伸倍数为1.00。经过最优热处理工艺加工后包芯纱断裂强力提高7.64%,断裂伸长率提高9.34%,断裂功提高13.78%。

关键词：喷气涡流纺包芯纱低熔点长丝热处理工艺纱线力学性能纺纱工艺

芯丝种类与纺纱速度对喷气涡流纺包芯纱性能的影响

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纺织学报 2023年第12期44卷 50-57页

作者：缪璐璐董正梅朱繁强荣慧何林伟郑国全邹专勇绍兴文理学院浙江省清洁染整技术研究重点实验室浙江绍兴312000 中纺院(浙江)技术研究院有限公司浙江绍兴312000 百隆东方股份有限公司浙江宁波315206 绍兴国周纺织新材料有限公司浙江绍兴312000

为制备结构性能优良的喷气涡流纺包芯纱,以粘胶短纤维作为外包纤维,不同种类聚酯长丝(涤纶拉伸变形丝(DTY)、涤纶全拉伸丝(FDY)和聚对苯二甲酸丁二酯纤维长丝(PBT))为芯丝制备喷气涡流纺包芯纱。比较分析了不同种类芯丝喷气涡流纺包芯... 详细信息

为制备结构性能优良的喷气涡流纺包芯纱,以粘胶短纤维作为外包纤维,不同种类聚酯长丝(涤纶拉伸变形丝(DTY)、涤纶全拉伸丝(FDY)和聚对苯二甲酸丁二酯纤维长丝(PBT))为芯丝制备喷气涡流纺包芯纱。比较分析了不同种类芯丝喷气涡流纺包芯纱与纯粘胶喷气涡流纱的性能差别,并采用双因素方差分析法探究了芯丝种类与纺纱速度对包芯纱强伸性、条干CV值和毛羽H值的影响情况。研究结果表明:相较于不含芯丝的喷气涡流纺纱线,包芯纱的力学性能明显提升,毛羽H值有所降低;芯丝种类是影响喷气涡流纺包芯纱性能的主要因素,对断裂强度、断裂伸长率和毛羽H值影响极为显著,以DTY为芯丝的包芯纱断裂强度最大,以PBT为芯丝的包芯纱断裂伸长率最大,以FDY为芯丝的包芯纱毛羽H值最低;纺纱速度仅对毛羽H值有显著性影响,3种包芯纱的毛羽H值都随纺纱速度的增大而增大,其中PBT包芯纱毛羽H值增长速率最快。

关键词：喷气涡流纺包芯纱纺纱速度聚酯长丝纱线性能

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喷气涡流纺技术发展动态与产品开发趋势

棉纺织技术 2023年第10期51卷 81-89页

作者：邹专勇缪璐璐董正梅孙国军姚江薇何林伟绍兴文理学院浙江绍兴312000 绍兴市高性能纤维及制品重点实验室浙江绍兴312000 绍兴国周纺织整理新材料有限公司浙江绍兴312085 绍兴国周纺织整理有限公司浙江绍兴312074

总结喷气涡流纺技术的发展,探讨设备关键技术及产品开发。介绍了喷气涡流纺装备的演变过程,比较了日本村田、瑞士立达喷气涡流纺装备的主要区别和智能化设计情况;从喷气涡流纺纺纱速度突破、在线清油技术突破以及喷气涡流纺专用空心锭... 详细信息

总结喷气涡流纺技术的发展,探讨设备关键技术及产品开发。介绍了喷气涡流纺装备的演变过程,比较了日本村田、瑞士立达喷气涡流纺装备的主要区别和智能化设计情况;从喷气涡流纺纺纱速度突破、在线清油技术突破以及喷气涡流纺专用空心锭子的设计开发3个方面阐述了喷气涡流纺的技术进步;梳理了喷气涡流纺在纯棉纱线、细号纱、粗号纱、包芯纱和差别化结构色纺纱的产品开发情况。认为:喷气涡流纺技术取得了持续进步,装备更加智能、低碳、高产,喷气涡流纺技术发展前景可观,未来还需持续挖掘其在差别化、功能性纱线开发方面的潜力,扩大可纺纤维与可纺纱号范围,拓宽纱线产品应用领域,充分发挥喷气涡流纺的技术优势。

关键词：喷气涡流纺空心锭子纱线结构产品开发包芯纱色纺纱

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