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采用改进导重法的拓扑结构灰度单元过滤技术

北京航空航天大学学报 2022年第6期48卷 1106-1114页

作者：高翔王林军杜义贤付君健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 三峡大学机械与动力学院宜昌443002

针对二分法计算拉格朗日乘子时收敛速度较慢的问题,提出了拉格朗日乘子计算方法,应用于优化准则(OC)法和导重(GW)法2种密度更新方法,并与二分法进行了对比。建立体积约束下柔度最小的拓扑优化模型;通过固体各向同性材料惩罚(SIMP)法或... 详细信息

针对二分法计算拉格朗日乘子时收敛速度较慢的问题,提出了拉格朗日乘子计算方法,应用于优化准则(OC)法和导重(GW)法2种密度更新方法,并与二分法进行了对比。建立体积约束下柔度最小的拓扑优化模型;通过固体各向同性材料惩罚(SIMP)法或材料属性有理近似(RAMP)法计算单元的弹性模量;通过所提方法计算拉格朗日乘子,并通过导重法更新单元密度;通过Heaviside投影函数减少灰度单元的数量。计算结果表明:虽然所提方法对有限元分析次数并没有显著改进,但计算拉格朗日乘子所用CPU时间少于二分法,且密度更新次数降低至50%以下;在2个数值算例中,采用SIMP模型时,导重法所得结构柔度比OC法更小,能够得到刚度更高的结构。

关键词：二分法优化准则(OC)法导重(GW)法 Heaviside投影函数拓扑优化

Gauss-Lévy混合模型改进BFO算法的可靠性分析

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机械设计 2022年第5期39卷 17-25页

作者：高翔王林军杜义贤三峡大学水电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

针对一次二阶矩法需要对极限状态方程求导,且求解非线性问题时收敛性较差的问题,提出了一种基于LSEDA-BFO算法的可靠性分析方法。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,... 详细信息

针对一次二阶矩法需要对极限状态方程求导,且求解非线性问题时收敛性较差的问题,提出了一种基于LSEDA-BFO算法的可靠性分析方法。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Gauss-Lévy混合模型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Gauss-Lévy混合模型改进的BFO算法所得Ackley函数的最小值由7.619 3×10^(-6)下降至4.573 8×10^(-10),精度得到显著提升。可靠性算例的计算结果表明:较JC法,文中算法不仅精度高,而且可用于求解强非线性算例;较混沌控制法和YALMIP求解器,文中算法计算精度更高;较直接抽样法和拉丁超立方模拟法,文中方法的函数调用次数少于两种蒙特卡洛模拟法,效率更高,而且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洛模拟法

I-WP型极小曲面空心多孔结构设计与力学性能分析

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计算机集成制造系统 2022年第9期28卷 2739-2747页

作者：杜义贤孙鹏飞付君健田启华周祥曼陶然三峡大学机械与动力学院湖北宜昌443002 三峡大学水电机械设备设计与维护湖北省重点实验室湖北宜昌443002 长江三峡通航管理局湖北宜昌443002

为了获得具有高承载和吸能特性的新型多孔结构,提出了基于三周期极小曲面的空心多孔结构设计与力学性能分析方法。通过将不同水平参数的I-Wrapped Package(I-WP)型三周期极小曲面进行布尔运算,实现空心多孔结构设计,基于数值均匀化法评... 详细信息

为了获得具有高承载和吸能特性的新型多孔结构,提出了基于三周期极小曲面的空心多孔结构设计与力学性能分析方法。通过将不同水平参数的I-Wrapped Package(I-WP)型三周期极小曲面进行布尔运算,实现空心多孔结构设计,基于数值均匀化法评估了空心多孔结构的等效属性,采用有限元法分析了空心多孔结构的静态力学性能,通过压缩实验分析了空心多孔结构的压缩和吸能特性。相对于I-WP型基础结构,I-WP型空心多孔结构具有更高的等效体积模量,在静态载荷下承载能力更强,在动态载荷下压缩和吸能特性更优。

关键词：三周期极小曲面空心多孔结构力学性能数值均匀化法有限元法

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功能梯度多孔结构拓扑优化的混合水平集方法

机械工程学报 2022年第17期58卷 249-260页

作者：付君健舒正涛田启华杜义贤周祥曼徐勇水电机械设备设计与维护湖北省重点实验室宜昌443002 三峡大学机械与动力学院宜昌443002

为解决传统功能梯度多孔结构单胞分布形式单一、几何连续性差的问题,提出了一种功能梯度多孔结构拓扑优化的混合水平集方法。引入权重系数构造隐式水平集函数的仿射,实现了梯度微结构单胞与宏观结构隐式建模。建立全局更新-局部插值的... 详细信息

为解决传统功能梯度多孔结构单胞分布形式单一、几何连续性差的问题,提出了一种功能梯度多孔结构拓扑优化的混合水平集方法。引入权重系数构造隐式水平集函数的仿射,实现了梯度微结构单胞与宏观结构隐式建模。建立全局更新-局部插值的设计变量更新策略,将几何连续性嵌入拓扑优化模型。以权重系数作为设计变量,结构体积分数为约束,建立了功能梯度多孔结构刚度拓扑优化模型,并采用优化准则算法进行求解。数值算例表明,本方法可有效实现功能梯度多孔结构拓扑优化,丰富了多孔结构单胞的梯度变化形式,保证了不同多孔结构之间的连续性。

关键词：拓扑优化功能梯度多孔结构混合水平集法几何连续性

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梯度空心多孔结构优化设计方法

中国机械工程 2022年第23期33卷 2867-2878页

作者：田启华舒正涛付君健杜义贤周祥曼田磊三峡大学机械与动力学院宜昌443002 水电机械设备设计与维护湖北省重点实验室宜昌443002

针对空心多孔结构参数化建模困难、承载性能不足的问题,提出了一种梯度空心多孔结构优化设计方法。将不同水平参数的I-WP(I-wrapped package)型三周期极小曲面进行布尔运算实现了空心多孔结构单胞的隐式建模,并基于数值均匀化法对该结... 详细信息

针对空心多孔结构参数化建模困难、承载性能不足的问题,提出了一种梯度空心多孔结构优化设计方法。将不同水平参数的I-WP(I-wrapped package)型三周期极小曲面进行布尔运算实现了空心多孔结构单胞的隐式建模,并基于数值均匀化法对该结构的等效弹性属性进行了评估。通过引入凸优化理论的仿射概念,构造混合水平集函数,实现了梯度空心多孔结构的参数化建模;以刚度最大化为目标函数,建立了基于混合水平集方法的梯度空心多孔结构拓扑优化模型,通过优化准则算法进行求解,得到了具有良好连续性的梯度多孔结构。对优化结构进行了有限元分析,并采用选择性激光烧结技术制造了模型样件,开展了力学实验。数值案例和实验结果表明,该方法可有效实现空心多孔结构的参数化设计,显著提高了多孔结构的承载性能。

关键词：空心多孔结构参数化建模均匀化法混合水平集法力学实验

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资源约束下产品开发任务调度的多目标优化

计算机集成制造系统 2022年第2期28卷 564-573页

作者：田启华黄佳康明文豪杜义贤周祥曼付君健三峡大学机械与动力学院湖北宜昌443002 湖北亿纬动力有限公司方形三元技术中心湖北荆门448000

鉴于产品开发任务调度过程中存在资源约束问题和学习与遗忘效应,需要对多个目标进行优化决策,通过定义资源平均利用率并提出学习遗忘效应矩阵,结合耦合设计的多阶段迭代模型,以各阶段资源利用率为约束条件,建立资源约束下考虑学习与遗... 详细信息

鉴于产品开发任务调度过程中存在资源约束问题和学习与遗忘效应,需要对多个目标进行优化决策,通过定义资源平均利用率并提出学习遗忘效应矩阵,结合耦合设计的多阶段迭代模型,以各阶段资源利用率为约束条件,建立资源约束下考虑学习与遗忘效应的任务调度时间与成本的多目标优化数学模型。采用带精英策略的非支配排序遗传算法求解得出Pareto最优解集,并采用改进的多目标理想点法对该解集进行选优,得到最优任务调度方案。以某电动汽车的开发过程为例,验证了该优化模型能够减小产品开发时间,降低产品开发成本,提高总资源利用率。

关键词：资源约束学习与遗忘效应任务调度多目标优化带精英策略的非支配排序遗传算法多目标理想点法产品开发

焊接速度对电弧增材熔池流动及焊道形貌影响的数值模拟研究

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机械工程学报 2022年第10期58卷 103-111页

作者：周祥曼王礴允袁有录柏兴旺田启华付君健杜义贤三峡大学机械与动力学院宜昌443002 南华大学机械工程学院衡阳421001

焊接速度对电弧增材成形过程中传热传质以及焊道成形有重要影响,为探究其影响机理,建立TIG电弧增材成形过程的三维瞬态数值模型,采用VOF方法追踪熔池自由界面,研究不同焊接速度下单道熔积成形过程中的传热及熔池流态,并分析焊接速度对... 详细信息

焊接速度对电弧增材成形过程中传热传质以及焊道成形有重要影响,为探究其影响机理,建立TIG电弧增材成形过程的三维瞬态数值模型,采用VOF方法追踪熔池自由界面,研究不同焊接速度下单道熔积成形过程中的传热及熔池流态,并分析焊接速度对单道焊道形貌的影响。数值模拟结果表明,随着焊接速度减小,熔池的热积累增强,体积增大,熔池表面峰值温度提高,弧坑深度也加深;同时,在电磁力和熔池表面力的共同作用下,熔池表面流速峰值随焊接速度减小而减小,熔池内部流速增大,对流更充分。此外,随着焊接速度减小,成形焊道的宽度和高度均有不同程度的增加。相同条件下的试验与数值模拟的焊道轮廓对比验证了数值模拟结果的有效性,研究结论可为电弧增材技术的工艺参数调控提供理论支撑和依据。

关键词：电弧增材焊接速度焊接熔池焊道形貌数值模拟

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基于神经网络的模糊综合评价方法

系统工程与电子技术 2005年第9期27卷 1583-1586页

作者：杜义贤田启华三峡大学机械与材料学院湖北宜昌443002

运用神经网络确定模糊综合评价中的权重值,使权重值更符合实际情况。采用改进的反向传播算法训练网络,逐步修正网络的连接权值,使模糊综合评价指标的权重值逐渐接近实际情况,得到较好的训练效率和效果。最后利用该方法对液压凿岩机进行... 详细信息

运用神经网络确定模糊综合评价中的权重值,使权重值更符合实际情况。采用改进的反向传播算法训练网络,逐步修正网络的连接权值,使模糊综合评价指标的权重值逐渐接近实际情况,得到较好的训练效率和效果。最后利用该方法对液压凿岩机进行性能评价,验证了该方法的正确性。

关键词：神经网络模糊综合评价反向传播算法隶属函数

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重载下滚动直线导轨副的接触特性

西安交通大学学报 2018年第9期52卷 1-9页

作者：田红亮余媛杜义贤三峡大学机械与动力学院湖北宜昌443002

针对现有数控机床滚动直线导轨副的研究仅限于外力小于临界力时的情况,求解了当外力大于临界力时的静力学特性参数。假设在轻载下,滑块和直线导轨都给滚珠施加相等的压力,则滚珠的压缩变形量是传统结果的2倍,据此对外力小于临界力时的... 详细信息

针对现有数控机床滚动直线导轨副的研究仅限于外力小于临界力时的情况,求解了当外力大于临界力时的静力学特性参数。假设在轻载下,滑块和直线导轨都给滚珠施加相等的压力,则滚珠的压缩变形量是传统结果的2倍,据此对外力小于临界力时的刚度公式进行了改进。考虑在重载下上滚珠受力但下滚珠不受力,建立了滚动直线导轨副的刚度公式,从而构建了外力小于临界力以及大于临界力时的完整刚度公式,并通过有限元法获得了滚珠与滚道之间的接触应力和接触变形量。理论分析表明:导轨副在轻载下,上滚珠力是外力的隐函数,但外力是上滚珠力的显函数;在轻载和重载的整个范围内,导轨副的所有静力学特性参数都是上滚珠力的显函数。仿真结果表明:当外力小于临界力时,上滚珠力和刚度均随预载荷等级的提高而增大;当外力大于临界力时,导轨副刚度随外力的增大而增大,上滚珠力和刚度都不依赖预载荷等级;上滚珠力随外力的增大而增大,下滚珠力随外力的增大或预载荷等级的降低而减小;上滚珠刚度随外力的增大而增大,下滚珠刚度随外力的增大而减小。推导的完整刚度公式可为分析数控机床滚动直线导轨副的接触特性提供参考。

关键词：数控机床直线导轨滚珠滑块接触刚度临界力