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基于模拟植物生长算法的自由曲面空间网格结构形状优化方法

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建筑结构学报 2022年第12期43卷 276-289页

作者：石开荣林金龙姜正荣区彤华南理工大学土木与交通学院广东广州510641 华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室广东广州510641 广东省建筑设计研究院有限公司广东广州510010

针对自由曲面空间网格结构形状优化问题,将模拟植物生长算法(PGSA)引入结构形状优化领域。根据PGSA基本原理,提出双生长点并行生长机制、迭代稳定性判断机制及增强型随机多向搜索机制,并和基于生长空间限定与并行搜索算法(GSL&PS-PGSA)... 详细信息

针对自由曲面空间网格结构形状优化问题,将模拟植物生长算法(PGSA)引入结构形状优化领域。根据PGSA基本原理,提出双生长点并行生长机制、迭代稳定性判断机制及增强型随机多向搜索机制,并和基于生长空间限定与并行搜索算法(GSL&PS-PGSA)相结合,建立了基于融合GSL&PS-PGSA的自由曲面空间网格结构形状优化方法。该方法以广义形状参数表征形状优化设计变量,可有效避免产生奇异结构并提高优化效率。在此基础上,给出了相应的形状优化模型及流程,并采用MATLAB及ANSYS二次开发语言APDL编制了优化程序。对典型合理拱结构曲面及自由曲面网壳结构进行算例分析,结果表明:所提出的PGSA新机制显著提升了算法的寻优能力及稳定性;基于融合GSL&PS-PGSA的自由曲面空间网格结构形状优化方法,其优化效果明显,发掘了结构的合理形态,改善了结构的受力性能,适用于多变量、多荷载组合及复杂约束的大规模自由曲面空间网格结构形状优化,为复杂形体空间结构的设计选型提供了新的途径。

关键词：空间网格结构自由曲面网壳模拟植物生长算法形状优化

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面向等几何分析的超弹性材料模型形状优化

计算机辅助设计与图形学学报 2024年

作者：凌然王宁徐岗谢津许金兰张啸雨北京空间飞行器总体设计部杭州电子科技大学计算机学院

等几何分析作为一种收敛速度快、数值解高阶连续性好的数值方法，广受工程设计领域的关注. 基于其优良的性质，提出一种针对超弹性材料模型的等几何形状优化方法，具体研究了面向等几何分析框架的超弹性材料计算以及相适应的形状优... 详细信息

等几何分析作为一种收敛速度快、数值解高阶连续性好的数值方法，广受工程设计领域的关注. 基于其优良的性质，提出一种针对超弹性材料模型的等几何形状优化方法，具体研究了面向等几何分析框架的超弹性材料计算以及相适应的形状优化方法. 首先，在等几何框架下推导了离散矩阵装配流程与非线性系统的求解流程; 其次定义了超弹性材料下以柔度最小化和位移最小化为两种目标的数学模型，继而通过对偶方法详细推导了解析的灵敏度，有效提高优化精度; 最终结合等几何分析与移动渐近线算法构建了高效的优化框架. 对悬臂梁、带孔平板和开口扳手三组基准算例的形状优化实验表明，所提方法的有效性和可靠性有一定保证，实验中在几何约束下指定点处位移和柔度可分别实现最大90%和7%的降低，且与预期形状相符.

关键词：等几何分析 St.Venant-Kirchhoff超弹性模型形状优化解析灵敏度

装配式可更换分级屈服耗能连接集成形状优化及试验研究

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工程力学 2024年第6期41卷 164-176页

作者：杜永峰李芳玉李虎池佩红兰州理工大学防震减灾研究所兰州730050 兰州理工大学土木工程减震隔震技术研发甘肃省国际科技合作基地兰州730050

为增强装配式混凝土框架结构的可恢复性,提出一种可更换分级屈服耗能连接,通过在梁-柱节点处设置该连接可实现对结构屈服过程的有效控制。针对分级屈服耗能连接中的弯剪部件,基于等效应力屈服强度理论推导得到弯剪部件考虑等应力屈服的... 详细信息

为增强装配式混凝土框架结构的可恢复性,提出一种可更换分级屈服耗能连接,通过在梁-柱节点处设置该连接可实现对结构屈服过程的有效控制。针对分级屈服耗能连接中的弯剪部件,基于等效应力屈服强度理论推导得到弯剪部件考虑等应力屈服的形状曲线,通过Python集成Abaqus数值模型和优化算法获得低周疲劳性能最优的形状曲线。对5个分级屈服耗能连接试件开展低周往复加载试验,研究其滞回性能和变形能力等抗震性能,评价形状优化后分级屈服耗能连接的性能水平,并对弯剪部件影响参数进行分析。结果表明:优化后弯剪部件的塑性应变分布更加均匀,耗能能力和材料利用率明显提高;同时弯剪部件经优化后的分级屈服耗能连接试件变形能力显著增强;随着弯剪部件的等应力屈服高度比或高宽比减小,分级屈服耗能连接的承载能力和耗能能力均逐渐提高,但刚度退化速率逐渐加快;各试件变形及损伤主要集中在弯剪部件和屈曲部件,且均实现了分级屈服的耗能机制,说明分级屈服耗能连接能够有效控制结构的屈服过程。

关键词：装配式混凝土框架可更换连接分级屈服形状优化低周往复加载试验抗震性能

低转矩脉动同步磁阻电机磁障形状分析与优化设计

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电机与控制学报 2022年第12期26卷 38-47页

作者：刘成成刘乾宇王韶鹏汪友华河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室天津300130 河北工业大学河北省电磁场与电器可靠性重点实验室天津300130

同步磁阻电机因其结构简单、调速范围宽,且无需永磁体励磁,与永磁同步电机相比具有成本低、可靠性高等优势。与此同时,同步磁阻电机存在转矩脉动较大和功率因数较低等缺点。针对同步磁阻电机转矩脉动高的问题,提出一种形状优化方法对同... 详细信息

同步磁阻电机因其结构简单、调速范围宽,且无需永磁体励磁,与永磁同步电机相比具有成本低、可靠性高等优势。与此同时,同步磁阻电机存在转矩脉动较大和功率因数较低等缺点。针对同步磁阻电机转矩脉动高的问题,提出一种形状优化方法对同步磁阻电机的转子磁障形状进行优化,以降低其转矩脉动。首先提出分段线性插值方法确定转子磁障的边界,使获得的同步磁阻电机磁障形状具有任意性。然后结合序贯田口法和拟牛顿法对同步磁阻电机进行优化,进而减少优化所需时长。最后以降低转矩脉动和提高平均输出转矩为目标,对同步磁阻电机进行优化,与传统同步磁阻电机对比结果表明,应用所提出方法获得的磁障形状能够有效降低同步磁阻电机的转矩脉动。

关键词：形状优化同步磁阻电机低转矩脉动分段线性插值磁障平均输出转矩

形状优化的装配式剪切型金属阻尼器力学性能研究

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建筑结构学报 2018年第5期39卷 106-115页

作者：朱柏洁张令心王啸霆王涛中国地震局工程力学研究所黑龙江哈尔滨150080 中国地震局地震工程与工程振动重点实验室黑龙江哈尔滨150080

为了解决剪切型金属阻尼器应力集中和焊接区的热应力影响问题,提高其耗能效率,提出一种采用等应力线优化形状的装配式剪切型金属阻尼器。根据弹塑性力学J2理论寻找在一定外力条件下的等应力线,以等应力线同时进入屈服为条件设定剪切型... 详细信息

为了解决剪切型金属阻尼器应力集中和焊接区的热应力影响问题,提高其耗能效率,提出一种采用等应力线优化形状的装配式剪切型金属阻尼器。根据弹塑性力学J2理论寻找在一定外力条件下的等应力线,以等应力线同时进入屈服为条件设定剪切型金属阻尼器耗能片形状,并进一步推导了供设计使用的阻尼器初始刚度与承载力的计算式;建立了阻尼器的精细有限元数值模型,以模拟其低周往复加载的力学性能,分析阻尼器的变形模式与耗能能力,并进行了4个阻尼器的拟静力试验研究。试验与数值分析结果表明：提出的阻尼器初始刚度与承载力计算式的计算值与数值分析和试验结果吻合较好;形状优化阻尼器具有良好的低周疲劳性能与稳定的耗能能力;与未优化阻尼器相比,形状优化剪切型金属阻尼器的塑性变形分布更加均匀,最大累积等效塑性应变明显减小;采用全螺栓连接,易于更换。

关键词：剪切型金属阻尼器装配式阻尼器等应力线形状优化数值模拟拟静力试验力学性能

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主动冷却薄壁结构的通道布局与形状优化

航空动力学报 2022年第1期37卷 1-10页

作者：孙士平徐德辉刘道煌胡政南昌航空大学航空制造工程学院南昌330063 哈尔科夫国立航空航天大学火箭与空间技术学院哈尔科夫61000

针对基于传统分析方法的超然冲压发动机燃烧室主动冷却设计存在通用性差、周期长问题,采取子结构法建立主动冷却通道体胞的流固热多场耦合有限元模型,在与实验对比验证有限元模型有效性基础上,分析了结构质量和质量流率不变时通道数目... 详细信息

针对基于传统分析方法的超然冲压发动机燃烧室主动冷却设计存在通用性差、周期长问题,采取子结构法建立主动冷却通道体胞的流固热多场耦合有限元模型,在与实验对比验证有限元模型有效性基础上,分析了结构质量和质量流率不变时通道数目对换热性能的影响;采用超椭圆方程描述通道截面形状,结合Kriging响应面和多目标遗传算法,开展了最小化平均壁温、压力损失和最大应力的通道形状优化。结果表明:存在一个合适的通道数目来协调各性能指标;通道位置不影响压力损失,但通道越靠近气壁面,换热性能更好;接近矩形的通道形状综合性能表现更好。与初始方案相比,从Pareto解集中选取的一优化方案,其平均壁温、最高温度分别下降4.9%和7.2%,而压力损失降低33.6 kPa,降幅达33.4%,综合性能改进明显。

关键词：主动冷却通道形状优化布局优化超燃冲压发动机超椭圆方程

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基于网格变形的涡轮盘挡板结构形状优化方法

热科学与技术 2023年第3期22卷 300-306页

作者：宋洋李玉韦程荣辉靳力徐胜利中国航发沈阳发动机研究所辽宁沈阳110015 大连理工大学能源与动力工程学院辽宁大连116024

为了实现涡轮盘挡板结构的形状优化,需要对其形状进行参数化描述和设计,而传统的基于几何模型的参数化方法需要在优化过程中重复生成网格模型,不仅耗时而且难以保证网格质量,难以满足形状优化设计要求。因此,提出了一种基于网格变形技... 详细信息

为了实现涡轮盘挡板结构的形状优化,需要对其形状进行参数化描述和设计,而传统的基于几何模型的参数化方法需要在优化过程中重复生成网格模型,不仅耗时而且难以保证网格质量,难以满足形状优化设计要求。因此,提出了一种基于网格变形技术的挡板结构形状优化方法。首先,建立了一种基于少量控制点驱动的网格变形技术,该技术在不改变CAD模型的情况下,通过控制点移动单元节点产生新的有限元模型;然后,以控制点位移作为设计变量,采用网格变形技术驱动挡板结构形状改变,高效地实现结构形状优化设计;最后,开展了航空发动机涡轮盘挡板结构形状优化设计,验证了所提出方法的有效性。数值结果表明,所提出的方法能够有效避免优化过程中的网格重剖分,提高了结构形状优化效率,获得了满足配合间隙要求的低应力涡轮盘挡板结构设计方案。

关键词：形状优化网格变形航空发动机无螺栓挡板配合间隙

基于遗传算法的5G频率选择表面形状优化方法

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华南理工大学学报（自然科学版） 2021年第11期49卷 95-105页

作者：晋刚何志豪王英俊华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510640

5G的发展推动了通讯设备的小型化、集成化,也带来了新的电磁兼容问题,而将频率选择表面(FSS)引入设备可显著减少设备之间的干扰。为克服传统FSS设计方法效率低、质量差和依赖经验等缺陷,提出了一种新型FSS形状优化方法。该方法根据FSS... 详细信息

5G的发展推动了通讯设备的小型化、集成化,也带来了新的电磁兼容问题,而将频率选择表面(FSS)引入设备可显著减少设备之间的干扰。为克服传统FSS设计方法效率低、质量差和依赖经验等缺陷,提出了一种新型FSS形状优化方法。该方法根据FSS的形状特性,提出了在极坐标系下分区定义形状优化参数的策略,并基于遗传算法实现了FSS优化参数的智能搜索,实现了以工作频率和电磁屏蔽性能为目标的FSS单元形状智能优化。采用实心单元、环形单元和缝隙单元3种结构类型算例进行验证,结果表明,优化后FSS谐振频率向28 GHz移动且电磁屏蔽性能提高,得到的FSS适用于5G环境,且具有良好的稳定性。

关键词：频率选择表面形状优化遗传算法 5G 电磁屏蔽

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层合复合材料铺层顺序和结构形状综合优化

计算力学学报 2024年

作者：陈珅艳刘欣荣杨子涵北京航空航天大学宇航学院

本文提出了一种层合复合材料铺层顺序与结构形状参数综合优化的方法。首先，采用形状基向量定义形状变量，建立了包含层合板铺层顺序变量和形状变量的综合优化模型，形成包含连续变量和离散变量的优化问题。其次，改进了二级多点近似遗... 详细信息

本文提出了一种层合复合材料铺层顺序与结构形状参数综合优化的方法。首先，采用形状基向量定义形状变量，建立了包含层合板铺层顺序变量和形状变量的综合优化模型，形成包含连续变量和离散变量的优化问题。其次，改进了二级多点近似遗传算法，在一级近似问题中加入了形状变量及其灵敏度，将形状变量融入外层的遗传算法中，通过改进混合编码、初始种群、个体适应度以及各类算子，实现了形状变量与铺层顺序变量的同时寻优，并开发了相应的优化系统。将优化系统应用于二维平板模型和三维圆筒模型优化算例，结果验证了该方法的可行性和有效性，综合优化的减重效果均优于单一的铺层顺序优化结果。该系统被进一步应用于简化卫星结构，表明了该方法在工程应用中的可行性。

关键词：复合材料铺层优化形状优化二级多点近似算法遗传算法(GA)