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Dynamic Response of Truss Adaptive Structures

Chinese Journal of Mechanical Engineering 2009年第6期22卷 849-855页

作者： ZHANG Lianwen xia renwei HUANG Hai School of Mechanical Engineering Tianjin University of Commerce Tianjin 300134 China School of Astronautics Beijing University of Aeronautics andAstronautics Beo＇ing 100083 China

It is pointed out that the damping matrix deduced by active members in the finite element vibration equation of a truss adaptive structure generally can not be decoupled, which leads to the difficulty in the process of modal analysis by classical superposition method. This paper focuses on the computational method of the dynamic response for truss adaptive structures. Firstly, a new technique of state vector approach is applied to study the dynamic response of truss adaptive structures. It can make the coeffic lent matrix of first derivative of state vector a symmetric positive definite matrix, and particularly a diagonal matrix provided that mass matrix is derived by lumped method, so the coefficient matrix of the first derivative of state vector can be exactly decomposed by CHOLESKY method. In this case, the proposed technique not only improves the calculation accuracy, but also saves the computing time. Based on the procedure mentioned above, the mathematical formulation for the system response of truss adaptive structures is systematically derived in theory. Thirdly, by using FORTRAN language, a program system for computing dynamic response of truss adaptive structures is developed. Fourthly, a typical 18 bar space truss adaptive structure has been chosen as test numerical examples to show the feasibility and effectiveness of the proposed method. Finally, some good suggestions, such as how to choose complex mode shapes practically in determining the dynamic response are also given. The new approach can be extended to calculate the dynamic response of general adaptive structures.

关键词： truss adaptive structure dynamic response active member complex modal analysis state vector approach

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Optimal Placement of Active Members in Truss Adaptive Structures

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Chinese Journal of Mechanical Engineering 2010年第2期23卷 233-241页

The mathematical model of optimal placement of active members in truss adaptive structures is essentially a nonlinear multi-objective optimization problem with mixed variables. It is usually much difficult and costly to be solved. In this paper, the optimal location of active members is treated in terms of （0, 1） discrete variables. Structural member sizes, control gains, and （0, 1） placement variables are treated simultaneously as design variables. Then, a succinct and reasonable compromise scalar model, which is transformed from original multi-objective optimization, is established, in which the （0, 1） discrete variables are converted into an equality constraint. Secondly, by penalty function approach, the subsequent scalar mixed variable compromise model can be formulated equivalently as a sequence of continuous variable problems. Thirdly, for each continuous problem in the sequence, by choosing intermediate design variables and temporary critical constraints, the approximation concept is carried out to generate a sequence of explicit approximate problems which enhance the quality of the approximate design problems. Considering the proposed method, a FORTRAN program OPAMTAS2.0 for optimal placement of active members in truss adaptive structures is developed, which is used by the constrained variable metric method with the watchdog technique （CVMW method）. Finally, a typical 18 bar truss adaptive structure as test numerical examples is presented to illustrate that the design methodology set forth is simple, feasible, efficient and stable. The established scalar mixed variable compromise model that can avoid the ill-conditioned possibility caused by the different orders of magnitude of various objective functions in optimization process, therefore, it enables the optimization algorithm to have a good stability. On the other hand, the proposed novel optimization technique can make both discrete and continuous variables be optimized simultaneously.

关键词： truss adaptive structure optimal placement active member multi-objective optimization mixed variables penalty function approach

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AN EFFICIENT METHOD FOR STRUCTURAL OPTIMIZATION

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Acta Mechanica Sinica 1986年第4期2卷 348-361页

作者： xia renwei Liu Peng (Beijing Institute of Aeronautics and Astronautics) Beijing Institute of Aeronautics and Astronautics Beijing China

Based on the dual theory of nonlinear mathematical programming and the secnnd orderTaylor series expansions of functions,an efficient algorithm for structural optimum design has *** main advantages of this method are the generality in use,the efficiency in computa-tion and the capability in identifying automatically the set of active *** the basis of thevirtual work principle,formulas in terms of element stresses for the first and second order derivativesof nodal displacement and stress with respect to design variables are *** applying the Saint-Venant’s principle,the computational efforts involved in the Hessian matrix associated with theiterative expression can be significantly *** method is especially suitable for optimumdesign of large scale *** typical examples have heen optimized to test its uasefulness.

关键词： structural optimization design sensitivity analysis mathematical programming

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TWO－LEVEL MULTI－POINT APPROXIMATION METHOD FOR OPTIMUM DESIGN OF COMPLICATED STRUCTURES

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Chinese Journal of Aeronautics 1995年第1期8卷 9-16页

作者： Huang Hai xia renwei(School of Space Science and Technology, Beijing University ofAeronautics and Astronautics, Beijing, China, 100083)

ＴＷＯ－ＬＥＶＥＬＭＵＬＴＩ－ＰＯＩＮＴＡＰＰＲＯＸＩＭＡＴＩＯＮＭＥＴＨＯＤＦＯＲＯＰＴＩＭＵＭＤＥＳＩＧＮＯＦＣＯＭＰＬＩＣＡＴＥＤＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳＨｕａｎｇＨａｉ；ＸｉａＲｅｎｗｅｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＳｐａ... 详细信息

ＴＷＯ－ＬＥＶＥＬＭＵＬＴＩ－ＰＯＩＮＴＡＰＰＲＯＸＩＭＡＴＩＯＮＭＥＴＨＯＤＦＯＲＯＰＴＩＭＵＭＤＥＳＩＧＮＯＦＣＯＭＰＬＩＣＡＴＥＤＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳＨｕａｎｇＨａｉ；ＸｉａＲｅｎｗｅｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＳｐａｃｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎ...

关键词： structural design optimization approximation

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AN ADAPTIVE STRUCTURAL SYNTHESIS METHOD

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Chinese Journal of Aeronautics 1989年第1期 12-22页

作者： Huang Jichi 601 Research Institute,Ministry of Aeronautics and Astronautics xia renwei and He Qingzhi Beijing University of Aeronautics and Astronautics

From the point of view of the reliability in engineering applications,this paper devotes itselfto the study of adaptive structural synthesis problems and presents an adaptive structural synthesismethod （ASSM ）as well as a series of technical ways for its *** typicalstructures have been optimized to illustrate the power of this *** results of computationshave shown that ASSM algorithm is considerably efficient and has good adaptability;only5-6 analyses are needed to achieve or access the optimal design even though the test problemsare fairly *** shows the advantages of the adaptive method and the good conditionsfor general applications of structural synthesis in engineering design.

关键词： AN ADAPTIVE STRUCTURAL SYNTHESIS METHOD AHS

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DISTRIBUTION MODEL OF FATIGUE LIFEAND ITS GOODNESS-OF-FIT TEST

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Chinese Journal of Aeronautics 1995年第3期8卷 185-190页

作者： Dong Cong Rong Haiwu xia renwei(Department of Aircraft Engineering, Beijing University ofAeronautics and Astronaulies, Beijing, China, 100081)

ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＩＯＮＭＯＤＥＬＯＦＦＡＴＩＧＵＥＬＩＦＥＡＮＤＩＴＳＧＯＯＤＮＥＳＳ－ＯＦ－ＦＩＴＴＥＳＴＤｏｎｇＣｏｎｇ；ＲｏｎｇＨａｉｗｕ；ＸｉａＲｅｎｗｅｉ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＡｉｒｃｒａｆｔＥｎｇｉ... 详细信息

ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＩＯＮＭＯＤＥＬＯＦＦＡＴＩＧＵＥＬＩＦＥＡＮＤＩＴＳＧＯＯＤＮＥＳＳ－ＯＦ－ＦＩＴＴＥＳＴＤｏｎｇＣｏｎｇ；ＲｏｎｇＨａｉｗｕ；ＸｉａＲｅｎｗｅｉ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＡｉｒｃｒａｆｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎ...

关键词： fatigue life distnbution goodness of fit

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柔性自适应桁架及其振动最优控制实验

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北京航空航天大学学报 2005年第4期31卷 434-438页

作者：赵国伟黄海夏人伟北京航空航天大学宇航学院北京100083

基于dSPACE系统和所研制的锆钛酸铅(PZT)压电作动器,建立了第一阶频率低达5Hz的三棱柱自适应桁架实验平台,通过有限元建模和实验参数修正,利用异位加速度反馈信号进行了线性二次型Gauss(LQG)最优反馈控制实验和仿真.结果表明:对比无控状... 详细信息

基于dSPACE系统和所研制的锆钛酸铅(PZT)压电作动器,建立了第一阶频率低达5Hz的三棱柱自适应桁架实验平台,通过有限元建模和实验参数修正,利用异位加速度反馈信号进行了线性二次型Gauss(LQG)最优反馈控制实验和仿真.结果表明:对比无控状态,采用最优控制只需很小控制电压,可使桁架在低阶典型频率激励下的振幅降低90 %以上;而当桁架受扰动后,振动衰减时间减少超过80 % ;验证了实验平台配置的合理性和所研制的PZT压电作动器、控制模型的有效性;控制数值仿真与实验在加控前后振幅抑制程度相同,控制仿真与实验中振幅衰减过程的差别通过激振过程仿真与实验的对比得到了阐明.

关键词：智能结构桁架振动控制压电材料

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一种复杂空间飞网系统参数优化设计方法

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航空学报 2016年第10期37卷 3064-3073页

作者：王晓慧万长煌夏人伟北京航空航天大学宇航学院北京100083

由轻质软绳索编织而成的空间飞网是为非合作目标捕获而提出的空间系统概念,在空间碎片和废弃航天器处理方面具有很大的应用潜力。从平台抛射出后,飞网在空间形成不稳定的网形,且网形变化规律受初始参数设计的影响较大。针对空间飞网系... 详细信息

由轻质软绳索编织而成的空间飞网是为非合作目标捕获而提出的空间系统概念,在空间碎片和废弃航天器处理方面具有很大的应用潜力。从平台抛射出后,飞网在空间形成不稳定的网形,且网形变化规律受初始参数设计的影响较大。针对空间飞网系统设计与试验中系统参数匹配问题,本文提出以容错值作为飞网展开性能的定量描述,从捕获任务的层面,建立面向捕获容错的空间飞网系统参数优化数学模型;以抓捕固定距离、确定大小的目标任务为算例,联合Isight优化平台与ANSYS/LS-Dyna求解,得到飞网系统最优参数匹配,算例仿真结果表明结果的适用性;最后,利用试验设计和极差分析方法验证最优点的稳定性。研究的模型与方法为开展空间飞网系统地面及空间试验等工程应用提供理论依据。

关键词：空间飞网系统参数匹配优化模型容错值实验设计

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在轨航天器动力学参数辨识技术研究

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中国空间科学技术 2008年第1期28卷 13-17,40页

作者：于登云夏人伟孙国江北京航空航天大学北京100083 中国空间技术研究院北京100094

针对在轨航天器低频密集和辨识时激励源有限且难于测量等特点,开展了适用于低频密集模态且不需激励信息的在轨航天器动力学参数辨识方法的研究,探讨了直接利用在轨响应数据在频域内辨识航天器动力学参数的技术;并根据在轨航天器低频密... 详细信息

针对在轨航天器低频密集和辨识时激励源有限且难于测量等特点,开展了适用于低频密集模态且不需激励信息的在轨航天器动力学参数辨识方法的研究,探讨了直接利用在轨响应数据在频域内辨识航天器动力学参数的技术;并根据在轨航天器低频密集特点,设计了在轨航天器动力学参数辨识仿真试验系统,对该辨识方法进行了试验验证。

关键词：参数识别低频密集模态动力学在轨航天器

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飞行器总体设计中主要参数的神经网络估算

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北京航空航天大学学报 1999年第6期25卷 655-659页

作者：聂蓉梅夏人伟陈万春北京航空航天大学宇航学院

运用近年来迅速发展的神经网络技术，成功构造了飞行器总体设计过程中具有重要作用的总体质量估算网，升力系数估算网，以及阻力系数估算网，结果表明训练后的参数估算网比通常使用的近似估计公式具有更高的精度．同时，根据所涉及问题... 详细信息

运用近年来迅速发展的神经网络技术，成功构造了飞行器总体设计过程中具有重要作用的总体质量估算网，升力系数估算网，以及阻力系数估算网，结果表明训练后的参数估算网比通常使用的近似估计公式具有更高的精度．同时，根据所涉及问题的数据特点，为了提高对网络的训练精度，对现有ＭＢＰ算法作了进一步改进，仿真结果证明改进的ＭＢＰ算法具有更高的训练效率．这一思路和方法可适用于机械及航空航天其它产品的总体概念设计过程．

关键词：神经网络参数估计飞行器 BP算法总体设计

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