摘要：随着结构拓扑优化理论的成熟及其在工程中的广泛应用,大多数商用CAE软件都相继开发了结构拓扑优化模块。为了开发一款既能满足工程方面的实用性需求,又能满足科研方面的开放性需求的拓扑优化系统。基于具有良好开放性和灵活扩展性的SiPESC平台,采用面向对象的软件设计思想,提出了软件设计方案,基于C++语言和插件技术实现了新一代拓扑优化系统***。目前该软件系统已经实现了结构最大刚度设计、结构基频最大化设计、结构最优散热设计等功能,并成功应用于多个工程问题。

摘要：对于具有特定材料属性的周期性复合材料设计,提出了一种参数化的形状优化方法。对于带有周期性结构的两相材料,给定细观单胞结构的基本构型,通过参数化的实体造型技术,结合均匀化方法,实现了通用的材料单胞形状参数化设计方法,以获取指定材料性能。在参数化结构形状优化设计CAD/CAE集成平台POSHAPE上完成程序实现。文中算例给出了两相蜂窝型骨架复合材料和空心复合材料周期性单胞的零泊松比和指定参数性质的形状优化设计过程,并验证了本文方法的有效性。

摘要：针对代理模型优化技术在结构耐撞性优化中的应用问题,开展了径向基函数和响应面的预测精度检测和适用性研究,并针对径向基函数中散布常数取值机制不明确的问题进行数值分析,提出基于优化计算的选取策略。具体实施为,先使用遗传算法(Genetic algorithm,GA)直接进行搜寻优化,得到的结果可认为是最优结果,并作为代理模型优化方法的参照;通过实例证实代理模型精度检测的必要性,并检验均匀试验设计、中心复合试验设计、析因试验设计在碰撞问题中的适用性;在构造径向基函数时将散布常数设为变量,再以几个随机样点处的数值结果为目标进行模型修正,得到修正的散布常数,代入构造的径向基函数中。结果表明该方案得到的散布常数能够使得径向基函数更好地表征结构耐撞性问题。

摘要：基于开放式结构有限元系统***的单元计算模块的设计模式,研发设计一种通用的平板壳单元计算框架。考虑板壳单元的组合关系和程序编制过程中的重用性及灵活性等特点,采用了软件设计中的构造器(Builder)模式实现不同的组合单元。本框架具有很好的通用性和可扩展性,为有限元程序研发提供了一个新的方式;同时,系统能够处理复杂荷载和边界条件,并可灵活实现不同类型单元的组合分析。本文利用此方法构造五种平板壳单元,通过数值算例分析对比讨论其性能,为选取合适的平板壳单元类型进行结构数值分析提供参考。

摘要：利用指数矩阵的导数计算来求解一类一阶线性常系数微分方程组对某一设计变量的灵敏度计算问题。对于初值问题,利用指数矩阵的导数,递推得到状态向量的灵敏度;对于线性两点边值问题,通过两点之间的状态向量的导数关系,得到全部初始条件,进而转化为初值问题计算。指数矩阵及其导数阵的高精度计算基于2N类算法,在此基础上可实施灵敏度分析的计算。本文给出了初值和两点边值常微分方程的高精度灵敏度计算方法,计算结果可认为是计算机上的精确解,算例验证了算法的有效性。

摘要：结构拓扑优化的变量连接,是通过对设计变量之间添加约束关系,从而得到特定的拓扑优化构型,使得优化结果能够满足工程上的特殊要求和工艺制造技术的限制。针对拓扑优化中的几类过滤形式及灵敏度分析,给出了考虑变量连接的计算公式;基于自主研发的SiPESC软件集成化平台,在***拓扑优化模块上进行二次开发,构建了拓扑优化的变量连接算法框架,其核心思想是基于面向对象设计方法和软件设计模式,实现算法与数据分离。详细阐述了变量连接的作用方式,以及软件框架通用接口设计方案,并通过数值算例验证了其在静力问题、动力问题和热传导问题上的可行性。

摘要：响应面方法、径向基函数人工神经网络方法以及Kriging方法等基于试验设计的近似模型方法是工程结构可靠度计算的常用建模方法,在结构动力响应预测、复杂结构优化设计以及多学科优化等方面也得到了广泛应用。该文重点研究相关方法的工程软件设计方法,目的是实现软件体系结构的开放性和可扩展性。运用面向对象方法及UML语言设计了试验设计与近似模型拟合软件系统框架,提出了主要类的设计方案和接口定义。利用C++程序设计语言以及Qt软件包开发了相关程序模块,实现了4种常用试验设计方法与2种近似模型。该软件系统设计采用了软件设计模式中几种常用模式,在此框架基础上可以方便扩展新的试验设计方法和近似模型方法及相关模块。该软件系统进行了经典算例验证,并应用于结构可靠性分析;在对某工程结构的动力响应优化计算中,综合应用了该系统的试验设计和近似模型模块,并与遗传算法结合,获得了良好的优化效果。

摘要：基于结构拓扑优化设计中的变密度法,采用伴随法推导结构在简谐激励下的频响振幅对单元设计变量的解析灵敏度列式。针对灵敏度数值求解中传统模态位移法引发的低精度问题,通过引入计算成本较低的广义模态截断扩增方法提升灵敏度的计算精度。数值算例将该文方法与全局有限差分法和其他灵敏度计算方法进行了比较。结果证明了该文方法在不同的激励频率及有限元网格密度下高效求解高精度灵敏度的有效性。

摘要：为了方便合适地选取单元进行工程分析,本文基于开放式结构有限元分析系统***,提出一种基于经典模型的复合材料层合板壳单元程序计算框架。此框架利用组合的方法,考虑平面壳单元中板、膜单元之间的关系以及程序编制过程中的重用性、灵活性等特点,采用了软件设计中的构造器(Builder)模式实现不同的复合材料层合板壳单元。本框架具有一定的通用性和可扩展性,能够处理复杂荷载、边界条件及三维空间不同材料铺设方向的层合板壳的结构分析问题。基于此方法实现了5种复合材料层合板壳单元,通过数值算例分析对比讨论各单元性能,显示了本框架具有简单实用等特点以及采用组合方法构造单元的优势。

摘要：基于面向服务的开放软件平台SiPESC,针对试验设计和代理模型共性特征,采用面向服务插件编程的设计方法和软件设计模式,研发了试验设计和代理模型通用算法构架。构架的核心思想是将算法、数据模型和任务管理相分离,形成独立的服务,从而实现算法通用性。整个构架中,试验设计和代理模型分别由五个基本服务构成。重点阐述基本插件所代理功能的抽象过程和通用接口的设计思想,给出算法构架的使用步骤及扩展方式。利用该构架试验设计开发了均匀试验设计、正交试验设计、析因试验设计及中心复合试验设计;代理模型实现了响应面模型、径向基函数模型及Kriging模型,并对部分算法进行数值验证。研究工作表明,算法构架适用于通用试验设计和代理模型算法,可方便进行动态扩展,具备良好的开放性和重用性。