摘要：渐进均匀化方法具有严格的数学基础,预测周期性复合材料的等效热传导系数具有较高的计算精度。本文提出了基于渐进均匀化方法预测周期性复合材料等效热传导系数的新算法。相比原有的算法具有两个优点:它的实现与代表体元方法一样简单,新的算法以现有的有限元商业软件为黑箱,通过简单的几个分析步骤,即可以获得复合材料的等效热传导系数;可以利用商业软件提供的多种单元类型去离散同一个单胞,在处理复杂几何单胞结构时,可以节约大量的计算费用。通过几个典型的算例,验证了方法的有效性。该工作对于推广渐进均匀化方法在预测复合材料等效热传导系数的广泛应用具有积极作用。

摘要：[目的]高保真有限元模型和有效的载荷识别技术对于船体结构健康监测及评估至关重要。为此,提出一种基于改进粒子群算法的模型修正和载荷识别方法。[方法]使用rastrigin函数对改进粒子群算法和经典粒子群算法进行对比。采用工字梁结构,在梁中间位置施加压力,在其表面粘贴有限数量的应变片,并将其分为用于模型修正和载荷识别的实测点与用于验证的监测点两部分。进行对工字钢分块弹性模量的修正验证,并进行基于修正后的数值高保真模型的载荷识别验证。[结果]在利用rastrigin函数对改进粒子群算法的测试中,改进粒子群算法在不同粒子数下都表现出更好的全局最优解搜寻能力。在工字钢试验中,划分的两部分弹性模量在通过改进粒子群算法23步迭代后收敛于最优解。通过将试验监测点的应变数据与进行模型修正后得到的应变计算结果进行对比,应变相对误差在2%以内,验证了模型修正方法的正确性。此外,通过载荷识别方法识别出结构外载荷压力大小,识别计算值与试验施加载荷误差在2%以内,识别载荷与修正模型结合计算出的监测点应变值与试验数据相比误差最大值为3.74%,验证了载荷识别的有效性。[结论]所提方法在对结构全局状态反演时具有较好的精度表现,能够为船体结构健康监测、剩余寿命预测以及预测性维修提供技术支撑。

摘要：大量工程问题要求结构的局部区域在不同承载工况下保持位移响应的几何稳定性.在结构的特定区域引入可以随承载工况调节的补偿位移是实现这一目标的有效手段.在线弹性小变形范围内,通过最小的变形控制成本,研究了多工况下使结构特定位置的位移响应保持几何稳定性的拓扑优化问题.设计目标为在保持结构位移响应几何稳定性的同时实现结构的最大刚度;优化模型包含两类设计变量:结构拓扑变量及补偿位移变量,两类变量采用分层寻优技术进行耦合.采用伴随法分别推导了目标函数对两类设计变量的敏度求解格式.结果表明,该优化模型能够在兼顾成本的同时较好地实现结构的变形控制目标.

摘要：建立了一种IGA-SIMP框架下的连续体结构应力约束拓扑优化方法。基于常用的SIMP模型,将非均匀有理B样条(NURBS)函数用于几何建模、结构分析和设计参数化,实现了结构分析和优化设计的集成统一。利用高阶连续的NURBS基函数,等几何分析(IGA)提高了结构应力及其灵敏度的计算精度,增加了拓扑优化结果的可信性。为处理大量局部应力约束,提出了基于稳定转换法修正的P-norm应力约束策略,以克服拓扑优化中的迭代振荡和收敛困难。通过几个典型平面应力问题的拓扑优化算例表明了本文方法的有效性和精确性。应力约束下的体积最小化设计以及体积和应力约束下的柔顺度最小化设计的算例表明,基于稳定转换法修正的约束策略可以抑制应力约束体积最小化设计中的迭代振荡现象,获得稳定收敛的优化解;比较而言,体积和应力约束下的柔顺度最小化设计的迭代过程更加稳健,适合采用精确修正的应力约束策略。

摘要：针对海洋柔性管道互锁型骨架层由于外部静水压力可能引起压溃失效问题,文中基于有限元分析方法,采用实体单元,建立骨架层结构三维有限元模型,研究静水外压作用下骨架层的压溃行为.分析结果显示,当不考虑几何缺陷及材料非线性时,计算得到的压溃特征值与解析方法得到结果吻合良好;当模型考虑初始椭圆度缺陷时,压力位移曲线经过一段线性变化过程后快速趋近于临界压溃值,且随着初始椭圆度的增大,临界压溃值逐渐减小;当模型进一步引入材料非线性时,骨架层的抗压溃能力显著下降,临界压溃值比理想状态下减小近一半.数值模型与结果为柔性管道抗压溃分析设计提供了有效的技术手段.

摘要：通常在计算波浪与结构物相互作用时都采用规则波假定,例如Airy波和Stokes波,波高一般采用实测有效波高,这种方法认为所有的波浪能量都集中在一个波浪频率上,从而忽视了海洋波浪实际的宽谱特征使得计算出的结构物动态响应不具有代表性。该文阐述了新波浪理论(NewWave Theory)的基本概念,介绍了一种新型的极限入射波浪模型,该模型考虑了天然海浪的随机性、谱性和方向性。新建立的波浪模型不仅可以作为恶劣海域海工结构计算时最不利波浪力设计标准,而且可使系留船舶的全向二阶波浪力计算得到极大的简化,节省大量的时间成本。文中还阐述了新波浪理论模型引入到波浪与结构物相互作用水动力计算的方法和步骤。最后对一种萨哈林(Schiehallion)型FPSO在不同方向入射波作用下的平均漂流力进行了计算和讨论。

摘要：板壳结构轻量化设计是工程中的常见问题,采用有限元法对板壳结构进行拓扑优化时,难以获得高质量的网格以精准描述几何模型,且单独使用拓扑优化受制于初始设计空间。提出了一种基于等几何分析的形状拓扑协同优化方法,该方法执行先形状优化、后拓扑优化的步骤,在最佳结构形状的基础上实现最佳材料布局的优化目标。相比于其他组合形式的优化机制,极大地提高了计算精度与计算效率。采用3个数值算例验证了本方法的有效性与高效性,结果表明,与经典等几何拓扑优化方法相比,可得到更高性能的优化结构,有助于进一步拓宽结构优化的应用范围。

摘要：该文基于非线性显式动力学方法进行后屈曲分析,获得了四种加筋柱壳(均匀加筋柱壳、矩形截面双向多级加筋柱壳、T型截面单向和双向多级加筋柱壳)整个后屈曲过程的轴压位移-载荷曲线,并以模态缺陷为例,比较了四者的缺陷敏感性,结果显示T型截面双向多级加筋柱壳呈现出显著的低缺陷敏感性和较强的可设计性。该文还将缺陷敏感性分析结果与对应的完善结构后压溃稳定平衡路径进行了对比,发现两者一定程度上的趋势一致性。这表明对完善结构运用显式动力学方法进行单次后屈曲分析,即可同时获得其承载能力和缺陷敏感性,大大减少计及缺陷敏感性结构设计的计算量。最后,该文进一步构造了面向低缺陷敏感性的T型截面多级加筋柱壳优化模型,算例表明该方法可以高效地获得可靠性更强的优化解。

摘要：拓扑优化可以在概念设计阶段为工业产品结构的概念设计提供新颖的设计思路.传统的连续体结构拓扑优化方法通常只能获得一个优化的拓扑构型,但在实际工程应用中,这个构型在后续设计阶段可能会由于分析模型逐步细化、设计要求的进一步明确而无法满足改变后的设计目标和约束.针对此问题,提出了多样性设计求解方法 (multiple designs approach,MDA),使得能够在优化过程中获得若干个多样性设计,以此减少在可能在设计初期由于信息不完整所带来的风险.给出MDA基本的优化列式,将目标函数定义为多个设计构型的目标性能加权之和,并通过加入对多样性度量的约束条件,在优化过程中驱动各个设计产生几何构型上差异.给出了一种具体的多样性度量方法,并对其物理意义和特征进行描述和讨论.以基于变密度法的最小柔顺性问题作为优化算例,给出了具体的优化列式及敏度推导.在算例中,研究了目标函数和约束中不同参数对结果的影响,并对目标函数之外的其他潜在结构性能进行了讨论和比较.结果表明,通过MDA能够有效地给出一批多样性设计构型,为后续的精细化设计提供多种设计方案和思路.

摘要：近年来,基于混沌的初值敏感性、伪随机性、遍历性以及自相似分形等非线性动力学特性所发展的混沌优化方法,是一种有潜力的工程全局优化新工具,已广泛应用于科学与工程技术的各学科领域。根据混沌优化方法的发展历程,以算法基本思想和工程应用研究状况为重点,评述了混沌神经网络优化方法、第一类混合混沌优化算法(基于混沌搜索)、第二类混合混沌优化算法(混沌序列代替随机序列)以及混沌分形优化四种主要混沌优化算法。混沌映射最早被引入神经网络,发展了混沌神经网络优化方法,可解决复杂的组合优化等全局优化问题。遗传算法及粒子群等启发式随机算法虽具全局搜索能力,但易出现早熟并陷入局部最优。然后,出现了混沌搜索的概念,研究者将其嵌入启发式算法建立了第一类混合混沌优化算法,可有效克服原启发式算法早熟收敛的缺点。随后,利用混沌映射产生的混沌序列代替启发式算法中的随机参数形成了第二类混合混沌优化算法。混合混沌优化算法有益于实现快速全局收敛和提高计算精度。最后,利用混沌分形特性,从分形理论出发提出一类新颖的混沌分形优化算法,可搜索到优化问题的所有全局最优解。此外,对混沌优化算法研究的几个发展方向进行了展望,诸如加强混沌优化算法的参数设计、处理大规模优化、多目标优化问题以及使用代理模型等。