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An Overview of Sequential Approximation in Topology Optimization of Continuum Structure

Computer Modeling in Engineering & Sciences 2024年第4期139卷 43-67页

作者： Kai Long Ayesha Saeed Jinhua Zhang Yara Diaeldin feiyu lu Tao Tao Yuhua Li Pengwen Sun Jinshun Yan State Key Laboratory of Alternate Electrical Power Systemwith Renewable Energy Sources North China Electric Power UniversityBeijing102206China Faculty of Materials and Manufacturing Beijing University of TechnologyBeijing100124China New Energy and Energy Storage Division China Southern Power Grid Technology Co.Ltd.Guangzhou510080China School of Mechanical Engineering Inner Mongolia University of TechnologyHohhot010051China College of Energy and Power Engineering Inner Mongolia University of TechnologyHohhot010051China

This paper offers an extensive overview of the utilization of sequential approximate optimization approaches in the context of numerically simulated large-scale continuum *** structures,commonly encountered in engineering applications,often involve complex objective and constraint functions that cannot be readily expressed as explicit functions of the design *** a result,sequential approximation techniques have emerged as the preferred strategy for addressing a wide array of topology optimization *** the past several decades,topology optimization methods have been advanced remarkably and successfully applied to solve engineering problems incorporating diverse physical *** comparison to the large-scale equation solution,sensitivity analysis,graphics post-processing,etc.,the progress of the sequential approximation functions and their corresponding optimizersmake sluggish ***,particularly novices,pay special attention to their difficulties with a particular ***,this paper provides an overview of sequential approximation functions,related literature on topology optimization methods,and their *** from optimality criteria and sequential linear programming,the other sequential approximate optimizations are introduced by employing Taylor expansion and intervening *** addition,recent advancements have led to the emergence of approaches such as Augmented Lagrange,sequential approximate integer,and non-gradient approximation are also *** highlighting real-world applications and case studies,the paper not only demonstrates the practical relevance of these methods but also underscores the need for continued exploration in this ***,to provide a comprehensive overview,this paper offers several novel developments that aim to illuminate potential directions for future research.

关键词： Topology optimization sequential approximate optimization convex linearization method ofmoving asymptotes sequential quadratic programming

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Multi-Material Topology Optimization for Spatial-Varying Porous Structures

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Computer Modeling in Engineering & Sciences 2024年第1期138卷 369-390页

作者： Chengwan Zhang Kai Long Zhuo Chen Xiaoyu Yang feiyu lu Jinhua Zhang Zunyi Duan State Key Laboratory for Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources North China Electric Power UniversityBeijing102206China School of Mechanical and Automotive Engineering South China University of TechnologyGuangzhou510640China Faculty of Materials and Manufacturing Beijing University of TechnologyBeijing100124China Institute of Structural Health Monitoring and Control School of MechanicsCivil Engineering&ArchitectureNorthwestern Polytechnical UniversityXi’an710072China

This paper aims to propose a topology optimization method on generating porous structures comprising multiple *** mathematical optimization formulation is established under the constraints of individual volume fraction of constituent phase or total mass,as well as the local volume fraction of all *** original optimization problem with numerous constraints is converted into a box-constrained optimization problem by incorporating all constraints to the augmented Lagrangian function,avoiding the parameter dependence in the conventional aggregation ***,the local volume percentage can be precisely *** effects including the globalmass bound,the influence radius and local volume percentage on final designs are exploited through numerical *** numerical results also reveal that porous structures keep a balance between the bulk design and periodic design in terms of the resulting *** results,including those for irregular structures andmultiple volume fraction constraints,demonstrate that the proposedmethod can provide an efficient solution for multiple material infill structures.

关键词： Topology optimization porous structures local volume fraction augmented lagrangian multiple materials

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Assimilating Atmosphere Reanalysis in Coupled Data Assimilation

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Journal of Meteorological Research 2016年第4期30卷 572-583页

作者：刘华然卢飞雨刘征宇刘赟张绍晴 Department of Atmospheric Sciences Nanjing University of Information Science & Technology Nanjing 210044 China Department of Atmospheric and Oceanic Sciences University of Wisconsin-Madison Madison 53706 USA Department of Atmospheric and Oceanic Science University of Maryland College Park 20742 USA Geophysical Fluid Dynamics Laboratory NOAA Princeton 08542 USA

This paper tests the idea of substituting the atmospheric observations with atmospheric reanalysis when setting up a coupled data assimilation *** paper focuses on the quantification of the effects on the oceanic analysis resulted from this substitution and designs four different assimilation schemes for such a substitution.A coupled Lorenz96 system is constructed and an ensemble Kalman filter is *** atmospheric reanalysis and oceanic observations are assimilated into the system and the analysis quality is compared to a benchmark experiment where both atmospheric and oceanic observations are *** schemes are designed for assimilating the reanalysis and they differ in the generation of the perturbed observation ensemble and the representation of the error covariance *** results show that when the reanalysis is assimilated directly as independent observations,the root-mean-square error increase of oceanic analysis relative to the benchmark is less than 16%in the perfect model framework;in the biased model case,the increase is less than 22%.This result is robust with sufficient ensemble size and reasonable atmospheric observation quality（e.g.,frequency,noisiness,and density）.If the observation is overly noisy,infrequent,sparse,or the ensemble size is insufficiently small,the analysis deterioration caused by the substitution is less severe since the analysis quality of the benchmark also deteriorates significantly due to worse observations and *** results from different assimilation schemes highlight the importance of two factors：accurate representation of the error covariance of the reanalysis and the temporal coherence along each ensemble member,which are crucial for the analysis quality of the substitution experiment.

关键词： data assimilation reanalysis data ensemble Kalman filter

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长三角城市群工业韧性的时空演变及影响因素研究

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世界地理研究 2021年第3期30卷 589-600页

作者：鲁飞宇殷为华刘楠楠华东师范大学中国现代城市研究中心上海200062 华东师范大学长江流域发展研究院上海200062 华东师范大学城市与区域科学学院上海200241

在世界经济不确定性日益增加的背景下,推进优化我国区域工业韧性演变格局和厘清工业韧性影响机制具有重要现实意义。本文以长三角城市群为例,在突变级数模型对工业韧性评价的基础上,利用核密度估计、泰尔熵指数和Tobit空间滞后面板模型... 详细信息

在世界经济不确定性日益增加的背景下,推进优化我国区域工业韧性演变格局和厘清工业韧性影响机制具有重要现实意义。本文以长三角城市群为例,在突变级数模型对工业韧性评价的基础上,利用核密度估计、泰尔熵指数和Tobit空间滞后面板模型,对长三角城市群工业韧性的时空演变特征及其影响因素进行探讨。研究发现(:1)长三角城市群工业韧性提升显著,总体上达到了中高韧性水平。长三角城市群工业韧性的内部差距不断缩小,但仍然存在不同空间尺度的"核心-边缘"分异格局。(2)综合实力较强的中心城市工业韧性具有显著的空间溢出效应。上海、杭州、南京、合肥及宁波等城市周边形成高水平工业韧性的集聚区。(3)工业结构是影响长三角城市群工业韧性的最主要因素。区域金融环境、政府公共服务以及区域外贸依存度均不同程度对工业韧性产生显著影响。

关键词：工业韧性时空演变影响因素长三角城市群

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长江经济带文旅产业融合发展水平测度及空间演化研究

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世界地理研究 2022年第5期31卷 1009-1020页

作者：殷为华刘楠楠鲁飞宇华东师范大学中国现代城市研究中心上海200062 华东师范大学长江流域发展研究院上海200041

加快文旅产业融合发展利于增强国家软实力和满足人民日益增长的物质文化需要。采用2002—2017年长江经济带11省市和三大城市群的73个地级及以上城市截面数据,运用双产业系统的耦合测度模型、相对发展度模型和探索性空间数据分析法,实证... 详细信息

加快文旅产业融合发展利于增强国家软实力和满足人民日益增长的物质文化需要。采用2002—2017年长江经济带11省市和三大城市群的73个地级及以上城市截面数据,运用双产业系统的耦合测度模型、相对发展度模型和探索性空间数据分析法,实证分析长江经济带文旅产业融合发展水平及其空间演化特征。研究发现:(1)文旅产业融合发展水平整体趋于上升,但仍属初级融合阶段。文旅产业融合发展水平从下游到中游及上游呈逐步递减趋势。(2)文旅产业融合发展水平及其增速出现空间异质性。中上游地区文旅产业融合发展水平增速较快,并与下游地区的差距有所减小。(3)文旅产业融合发展的空间集聚差异显著。下游地区属于“高-高”集聚区,成为文旅产业融合发展的重要增长极,具有明显的空间扩散效应;中游地区及核心城市属于“高-低”集聚区,正在成为文旅产业融合发展的新增长极;上游地区则需加快打破二者融合发展的“低-低”集聚区困局。(4)三大城市群间的文旅产业融合发展不平衡。长三角城市群文旅产业的相应综合发展指数明显领先、二者融合发展的“高-高”集聚空间趋于扩大。

关键词：长江经济带文化产业旅游产业融合发展空间演化

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大城市边缘区乡村绅士化过程及其机制研究——以武汉大李村为例

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城市发展研究 2020年第9期27卷 33-41页

作者：刘小琼鲁飞宇王旭卢道典姚华松中国地质大学(武汉)环境学院华东师范大学城市与区域科学学院中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院上海商学院酒店管理学院广州大学公共管理学院

基于对欧美国家乡村绅士化现象的梳理,以武汉市大李村为案例地,采用文本分析、深度访谈、观察标图等方法,对大李村乡村绅士化的演化过程、特征和发展机制进行深刻分析。研究发现,大李村绅士化演化过程总体可分为缓慢发展、快速发展、升... 详细信息

基于对欧美国家乡村绅士化现象的梳理,以武汉市大李村为案例地,采用文本分析、深度访谈、观察标图等方法,对大李村乡村绅士化的演化过程、特征和发展机制进行深刻分析。研究发现,大李村绅士化演化过程总体可分为缓慢发展、快速发展、升级发展三个阶段。在此过程中,大李村的人口结构、经济发展、物质景观、乡村空间以及地域文化均呈现出新的特征,与欧美国家乡村绅士化现象相比存在较大差异,表明武汉乡村绅士化现象具有独特的发展机制。其中"后工业"社会转型的大背景、绅士阶层的需求以及乡村发展的内需推动了大李村绅士化的发展,而行政力量的介入以及各阶层间复杂的经济关系则使大李村绅士化发展更为复杂。

关键词：乡村绅士化演化特征机制城市边缘区大李村

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氮周期供给时潜流带沉积物硝化、反硝化动力学

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地球科学 2024年第10期49卷 3712-3722页

作者：丁吾举陆菲雨赵博李民敬中国地质大学环境学院湖北武汉430074

河流潜流带最显著的特征是河水和地下水周期性交替导致的水化学成分的动态变化,且周期间的间隔长短不一;潜流带是脱氮热区,其硝化和反硝化微生物对这种周期性变化的响应规律决定着潜流带脱氮效率.据此,时间间隔不同多次供给不同氮素、DO... 详细信息

河流潜流带最显著的特征是河水和地下水周期性交替导致的水化学成分的动态变化,且周期间的间隔长短不一;潜流带是脱氮热区,其硝化和反硝化微生物对这种周期性变化的响应规律决定着潜流带脱氮效率.据此,时间间隔不同多次供给不同氮素、DO等,研究多周期内硝化、反硝化动力学规律.第1周期的硝化、反硝化速率较慢,有明显迟滞期;后续的第2和第3周期,无论底物投加间隔时间长短,硝化和反硝化未观察到明显迟滞期,反应速率均加快,且功能菌数量增加,但是功能菌数量和间隔时间成反比.硝态氮起始浓度会明显影响亚硝态氮动力学过程.硝化和反硝化菌数量增加及长时间维持高反应活性,是潜流带高效脱氮机制之一.

关键词：氮周期供给潜流带沉积物硝化反硝化动力学地球化学

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二广高速公路连怀段路面车辙的防治措施与效果

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广东公路交通 2017年第4期43卷 15-19页

作者：卢飞宇广东省长大公路工程有限公司广州510620

由于交通量的增长及超载、重载车辆的增加,导致路面车辙已经成为沥青路面破坏的主要形式之一。在参考国内外文献的基础上,对沥青路面车辙形成原因进行了分析,并结合实际工程,从路面结构、原材料选择、配合比设计、施工质量控制等方面介... 详细信息

由于交通量的增长及超载、重载车辆的增加,导致路面车辙已经成为沥青路面破坏的主要形式之一。在参考国内外文献的基础上,对沥青路面车辙形成原因进行了分析,并结合实际工程,从路面结构、原材料选择、配合比设计、施工质量控制等方面介绍了防治沥青路面车辙的措施。

关键词：沥青路面车辙预防措施

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一种基于条件度量迁移学习的机械故障诊断可解释方法

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仪器仪表学报 2024年第7期45卷 250-262页

作者：路飞宇佟庆彬姜学东徐建军霍静怡北京交通大学电气工程学院北京100044 载运装备多源动力系统教育部重点实验室(北京交通大学) 北京100044

迁移学习技术可以减小源域和目标域特征之间的分布差异。然而,在跨设备场景下,现有研究往往难以衡量并缩小不同设备间数据的条件分布差异,导致模型在源域获得的知识不能很好地迁移到目标域。此外,在实际的故障诊断场景中,决策者通常需... 详细信息

迁移学习技术可以减小源域和目标域特征之间的分布差异。然而,在跨设备场景下,现有研究往往难以衡量并缩小不同设备间数据的条件分布差异,导致模型在源域获得的知识不能很好地迁移到目标域。此外,在实际的故障诊断场景中,决策者通常需要理解模型为何将某些数据归类为特定故障类型。由于深度学习模型的复杂性,其往往被看作是“黑匣子”,难以解释其内部工作机制。为了克服上述缺点,提出一种基于条件度量迁移学习的可解释故障诊断方法。首先利用Hilbert包络谱分析将时域信号转为频域信号;其次搭建深度孪生卷积神经网络和分类器,从频域中提取源域和目标域数据中的高维特征并做分类训练;然后将可解释的条件核Bures度量嵌入到无监督学习的损失函数中,提高条件分布下的特征适配能力和模型可解释性;最后利用博弈论中的SHAP方法对模型诊断结果做基于包络谱的事后可解释分析。在3种设备的6种跨设备轴承故障诊断任务中开展试验,对所提方法和其他相关对比方法进行评估,结果表明提出的方法可以有效地提高跨设备机械故障诊断精度,达到了平均99.47%的诊断精度。并解释了哪些频率点对模型的决策起到关键作用。

关键词：条件度量机械故障诊断迁移学习 SHAP

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风电机组主轴承座抗疲劳拓扑优化设计方法

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太阳能学报 2023年第8期44卷 518-523页

作者：陆飞宇张承婉龙凯陈卓陶涛刘杰新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京102206 华南理工大学机械与汽车工程学院广州510640 南方电网电力科技股份有限公司广州510080 广州大学机械与电气工程学院广州510006

为实现风电机组主轴承座抗疲劳轻量化设计,提出基于增广拉格朗日函数的抗疲劳拓扑优化方法。采用准静态法快速获取时序应力值,经过雨流计数得到累积疲劳损伤值。基于变密度法建立抗疲劳拓扑优化列式,为解决单元损伤约束方程数庞大的困难... 详细信息

为实现风电机组主轴承座抗疲劳轻量化设计,提出基于增广拉格朗日函数的抗疲劳拓扑优化方法。采用准静态法快速获取时序应力值,经过雨流计数得到累积疲劳损伤值。基于变密度法建立抗疲劳拓扑优化列式,为解决单元损伤约束方程数庞大的困难,借助增广拉格朗日函数将原拓扑优化问题转换为一系列无约束优化问题实现优化求解。基于商品化有限元软件二次开发实现抗疲劳拓扑优化功能,并在风电机组主轴承座轻量化设计中得到工程应用,证明了提出方法的可行性和适用性。

关键词：风电机组结构优化疲劳损伤主轴承座变密度法拓扑优化

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