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基于LSEDA-BFO算法的三峡船闸液压动力元件连接可靠性分析

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水电能源科学 2022年第11期40卷 193-197页

作者：李涵钊长江三峡通航管理局湖北宜昌443002

针对一次二阶矩法需对极限状态方程求导,且求解非线性问题时收敛性较差的不足,提出了一种基于大标量分布估计算法改进的细菌觅食算法(LSEDA-BFO)的可靠性分析方法。首先,通过可靠性分析理论建立优化模型;其次,采用增广乘子法将该约束优... 详细信息

针对一次二阶矩法需对极限状态方程求导,且求解非线性问题时收敛性较差的不足,提出了一种基于大标量分布估计算法改进的细菌觅食算法(LSEDA-BFO)的可靠性分析方法。首先,通过可靠性分析理论建立优化模型;其次,采用增广乘子法将该约束优化问题转化为无约束优化问题;然后,通过基于高斯—莱维混合分布(Gauss-Lévy)的分布估计算法改进细菌觅食算法;最后,通过改进的细菌觅食算法求解优化模型。通过三峡船闸电机—油泵联轴器的实例计算表明,与直接抽样法和拉丁超立方模拟法相比,基于LSEDA-BFO算法的可靠性分析方法的函数调用次数少于两种蒙特卡罗模拟法,且效率更高、可靠指标的方差更小。

关键词：可靠性分析细菌觅食算法分布估计算法蒙特卡罗模拟法三峡船闸

基于能量均匀化的高剪切强度周期性点阵结构拓扑优化

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机械工程学报 2017年第18期53卷 152-160页

作者：杜义贤李涵钊田启华尹艺峰罗震三峡大学机械与动力学院宜昌443002 三峡大学水电机械设备设计与维护湖北省重点实验室宜昌443002 悉尼科技大学电机机械和机械电子系统工程学院

传统多孔结构构型型式单一、缺乏科学设计方法的指导,为了从拓扑构型角度设计抗剪切性能更优的周期性点阵结构,基于拓扑优化技术,以周期性单胞为研究对象,以其切变模量最大为目标,以结构的材料用量和力学控制方程为约束条件,利用能量均... 详细信息

传统多孔结构构型型式单一、缺乏科学设计方法的指导,为了从拓扑构型角度设计抗剪切性能更优的周期性点阵结构,基于拓扑优化技术,以周期性单胞为研究对象,以其切变模量最大为目标,以结构的材料用量和力学控制方程为约束条件,利用能量均匀化方法建立基于宏观力学性能的细观点阵结构的优化模型,通过改进的优化算法求解模型,得到了一种宏观上的拓扑边界清晰的周期性点阵结构。然后根据优化结果,在考虑胞元非等壁厚和横向剪切变形影响条件下进行等效材料力学性能分析,得到剪切性能关于微结构胞元几何参数的表征,同时加工制造了优化得到的周期性点阵结构,并进行了剪切力学性能测试。从理论分析和性能试验两个方面与六边形蜂窝结构相应的切变模量进行对比,结果表明,经优化得到的周期性点阵结构切变模量有大幅提升、抗剪切性能更优越。验证了所提出方法能有效地应用于周期性点阵结构抗剪切性能的优化设计。

关键词：点阵结构高剪切强度能量均匀化方法拓扑优化

基于序列插值模型和多重网格方法的多材料柔性机构拓扑优化

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机械工程学报 2018年第13期54卷 47-56页

作者：杜义贤李涵钊谢黄海田启华周祥曼罗震三峡大学机械与动力学院水电机械设备设计与维护湖北省重点实验室悉尼科技大学电机机械和机械电子系统工程学院

基于固体各向同性材料惩罚模型(Solid isotropic material with penalization,SIMP)的多材料柔性机构拓扑优化是将原问题分解成若干子问题进行分层优化,成倍地增加了设计变量数量,且该方法利用传统的有限元离散,为了得到清晰的拓扑结构... 详细信息

基于固体各向同性材料惩罚模型(Solid isotropic material with penalization,SIMP)的多材料柔性机构拓扑优化是将原问题分解成若干子问题进行分层优化,成倍地增加了设计变量数量,且该方法利用传统的有限元离散,为了得到清晰的拓扑结构网格数量必然巨大,这两方面的因素造成了该方法计算效率低下。因此,基于幂函数多项式提出序列插值模型,用该模型进行多材料布局迭代,使不同材料在设计域内序列向预定义的多个材料点聚集,无须分解成子问题即可在单一优化框架下完成多材料的拓扑优化,且没有增加设计变量数量。以机构的几何增益最大为目标,建立多材料柔性机构拓扑优化模型。在利用有限元求解控制方程过程中引入多重网格方法,网格划分粒度层次递进,将粗网格水平下位移场作为细网格上的初始场量,避免直接用细密网格将设计域整体离散带来的高计算成本问题,提升计算效率。通过改进的优化准则法求解模型,得到序列最优布局型式的多材料柔性机构。通过典型算例及与基于SIMP的方法相应结果对比,验证了提出方法的有效性。

关键词：柔性机构多材料拓扑优化序列插值模型多重网格方法

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三峡船闸运行调度人机集成设计方案研究

人民长江 2021年第1期52卷 114-121页

作者：杨全林李涵钊陈鹏长江三峡通航管理局湖北宜昌443002

针对三峡船闸运行调度过程对人机交互和人工决策高度依赖,以及运行调度过程高度相似性制约船闸运行效率进一步提升的问题,提出了人机集成智能决策设计方案。利用机器学习和知识建模等面向机器推理和人类决策的智能化方法,将船闸运行过... 详细信息

针对三峡船闸运行调度过程对人机交互和人工决策高度依赖,以及运行调度过程高度相似性制约船闸运行效率进一步提升的问题,提出了人机集成智能决策设计方案。利用机器学习和知识建模等面向机器推理和人类决策的智能化方法,将船闸运行过程中的调度工艺知识、规则、语义等概念经过人机集成设计流程集成和融合,并进行关系重构,建立了船闸运行调度人机集成设计模型。通过模型的时序分析和计算,可超实时仿真船闸运行调度过程。实践表明:与原始人工调度方法运行数据相比,新的调度模式在提升运行调度安全可靠性的同时,一定程度上还提升了三峡船闸运行效率,为实现船闸管控一体化提供了理论支撑。

关键词：三峡船闸运行调度智能化人机集成设计

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具有逼近0/1离散特性的拓扑优化迭代算法

机械设计与研究 2017年第1期33卷 58-62页

作者：杜义贤张严李涵钊三峡大学机械与动力学院湖北宜昌443002 水电机械设备设计与维护湖北省重点实验室湖北宜昌443002

利用连续性优化迭代算法求解具有逼近0/1离散特性的拓扑优化模型时,普遍存在向0/1两端极化效果差的问题,在拓扑结构上表现为边界灰度单元,为此,提出了一种具有逼近0/1离散特性的优化迭代算法——极化优化准则法(Polarized Optimality Cr... 详细信息

利用连续性优化迭代算法求解具有逼近0/1离散特性的拓扑优化模型时,普遍存在向0/1两端极化效果差的问题,在拓扑结构上表现为边界灰度单元,为此,提出了一种具有逼近0/1离散特性的优化迭代算法——极化优化准则法(Polarized Optimality Criterion Method,POCM)。该算法与SIMP插值模型相结合,在算法更新迭代模型中,构建了具有向两端逼近特性的极化算子,从优化算法本质上使最优解逼近0/1离散特性,有效抑制了拓扑边界上的灰度单元,得到了具有清晰边界的最优拓扑构型,且提高了优化求解效率。经典数值算例表明所提方法的正确性和有效性。

关键词：拓扑优化优化算法灰度单元 0/1离散

基于小波包分解的功率谱方法在人字门启闭机减速器故障诊断中的应用

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水运工程 2020年第2期 117-123页

作者：李涵钊胡志芳望昊长江三峡通航管理局

针对船闸人字闸门机械式启闭机减速器中滚动轴承振动的不平稳性及其故障信号中存在噪声和干扰的问题,提出了一种基于小波阈值算法的小波包分解与功率谱分析的故障诊断方法。该方法通过对故障信号进行小波分解且对其系数作阈值处理,并利... 详细信息

针对船闸人字闸门机械式启闭机减速器中滚动轴承振动的不平稳性及其故障信号中存在噪声和干扰的问题,提出了一种基于小波阈值算法的小波包分解与功率谱分析的故障诊断方法。该方法通过对故障信号进行小波分解且对其系数作阈值处理,并利用处理后的分解系数进行小波逆变换得到降噪后的信号,然后对降噪后的信号进行小波包分解,找到能量集中的节点,对其进行Hilbert包络解调并求其Hilbert包络线的功率谱,从而提取故障特征信息。应用实例表明:仿真信号与某船闸人字闸门机械式启闭机减速器故障诊断方法能降低信号噪声以及干扰,并能提取故障特征信息。

关键词：降噪阈值小波包分解功率谱滚动轴承故障诊断

具有创新拓扑构型的周期性点阵结构抗剪切性能分析

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机械设计与研究 2016年第5期32卷 83-87页

作者：杜义贤李涵钊谢黄海杜大翔机械设备设计与维护湖北省重点实验室湖北宜昌443002 三峡大学机械与动力学院湖北宜昌443002

以六边形为胞元的周期性点阵结构抗剪切能力较差,对六边形构型进行改造,并在内部嵌套菱形结构,提出了一种"Y型"周期性点阵结构;然后在考虑胞元非等壁厚的条件下,推导了周期性点阵结构的等效弹性常数计算公式;通过理论计算结果对比,"Y型... 详细信息

以六边形为胞元的周期性点阵结构抗剪切能力较差,对六边形构型进行改造,并在内部嵌套菱形结构,提出了一种"Y型"周期性点阵结构;然后在考虑胞元非等壁厚的条件下,推导了周期性点阵结构的等效弹性常数计算公式;通过理论计算结果对比,"Y型"周期性点阵结构相比六边形结构剪切模量有较大提升,对六边形和本文提出的"Y型"周期性点阵结构进行数值模拟分析,表明了"Y型"结构承载性能的优越性。

关键词：周期性点阵结构抗剪切等效力学参数数值模拟

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具有极化特性的拓扑优化节点密度插值方法

机械设计 2018年第3期35卷 80-85页

作者：杜义贤张严李涵钊田启华徐明罗震三峡大学机械与动力学院湖北宜昌443002 水电机械设备设计与维护湖北省重点实验室湖北宜昌443002 悉尼科技大学电机机械和机械电子系统工程学院

为了解决拓扑优化中棋盘格式和灰度单元等数值不稳定性问题,提出了一种能构造连续密度场和极化中间密度的节点密度插值方法。基于节点密度,该方法首先建立了基于双线性函数的拓扑优化密度插值函数,使设计区域的密度场具有连续性,在数学... 详细信息

为了解决拓扑优化中棋盘格式和灰度单元等数值不稳定性问题,提出了一种能构造连续密度场和极化中间密度的节点密度插值方法。基于节点密度,该方法首先建立了基于双线性函数的拓扑优化密度插值函数,使设计区域的密度场具有连续性,在数学本质上消除了棋盘格现象;然后构造具有逼近0/1两端特性的密度极化函数,合理极化中间密度,极大减少了中间密度节点数量,抑制了灰度单元。经典数值算例表明:所提出的方法能有效地解决棋盘格,抑制灰度单元。

关键词：拓扑优化数值不稳定性节点密度法双线性插值密度极化

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“登台入闽”型台风波浪传播特性分析

水道港口 2018年第6期39卷 665-670,708页

作者：唐艳平冉晓俊李涵钊长江三峡通航管理局宜昌443001

以Holland模型风场叠加CCMP背景风场驱动目前国际先进的第三代海浪模式SWAN(simulating waves nearshore),对"登台入闽"类型的3个台风"9608"号、"0519"号和"0604"进行波浪数值模拟。分析该类型台风的波浪时空分布特性,以期为此类台风研... 详细信息

以Holland模型风场叠加CCMP背景风场驱动目前国际先进的第三代海浪模式SWAN(simulating waves nearshore),对"登台入闽"类型的3个台风"9608"号、"0519"号和"0604"进行波浪数值模拟。分析该类型台风的波浪时空分布特性,以期为此类台风研究和减灾防灾提供参考。结果表明:台风中心未进入台湾海峡前,波浪主要通过岛端部进入海峡,有效波高较小;台风中心位于海峡口门附近时,海峡峡口内、外波浪分布表现出明显的不对称性,外大内小;福建沿海危险时段为台风中心进入海峡到登陆的过程,需要在台风中心进入海峡前部署好防灾减灾工作;台风中心位置和台风移动方向不同时,最大风速、有效波高出现区域相对于台风中心的位置会呈现较大的差异,给防灾减灾带来困难。

关键词： “登台入闽” 波浪传播特性台风浪 SWAN模型