八节点Hamiltonian等参元列式

为了使平面八节点等参元的优越性在弹性力学Hamilton正则方程的半解析法得到应用。结合弹性材料修正后的Hellinger—Reissner（H—R）变分原理和二次插值函数表达平面外应力和位移函数,建立了Hamilton正则方程的八节点等参元列式。首先简要地介绍了弹性材料修正后的H—R变分原理．然后用二次插值函数表示平面外应力和位移变量,并详细地推导了Hamilton正则方程的八节点等参元列式。数值实例结果证明了本文等参元列式的正确性。     

用于结构优化的一种新的两点近似函数

提出一种基于两点信息的近似函数,它在当前设计点能够保证原函数的函数值、一阶导数值和近似二阶导数值;在另一设计点保证原函数的一阶导数值。用该近似函数形成结构优化原问题的序列近似问题,再用约束变尺度法解近似问题。通过典型算例的计算,结果表明本方法具有较好的收敛性和较高的计算效率,适用于结构优化问题的求解     

固体火箭冲压发动机补燃室的响应面法优化设计

影响固体火箭冲压发动机补燃室燃烧效率的因素很多,且各因素对燃烧效率的影响很难用精确的解析函数式来表示。采用基于正交多项式的响应面法结合数值模拟的优化方法对某实验发动机补燃室进行了设计,结果表明:这种优化方法可以减少为得到近似函数式而对补燃室流场进行计算的次数,节省计算时间,能方便地对发动机补燃室各个参数进行优化与分析。     

气体二次喷射推力矢量控制的响应面优化设计

采用基于部分正交多项式的响应面法结合数值模拟试验对某实验发动机气体二次喷射推力矢量控制系统进行优化设计, 结果表明:这种优化方法可以减少为得到近似函数式而对主/次流干扰流场进行计算的次数, 节省计算时间, 能方便地对气体二次喷射系统各个参数进行优化与分析.      

基于改进离散材料插值格式的复合材料结构优化设计

针对采用离散材料优化(DMO) 模型优化复合材料纤维分布时角度优化结果收敛率低的问题,将连续化惩罚策略与Heaviside惩罚函数引入传统DMO模型中,提出了一种改进的HPDMO (Heaviside Penalization of Discrete Material Optimization)模型,从而提高结构的收敛率。建立了复合材料单层板基于最小柔顺性设计的优化列式,给出了多种离散材料构成结构的灵敏度信息求解方法。分析比较了DMO模型、连续化惩罚模型和HPDMO模型对最终优化结果收敛率、目标函数、迭代历史的影响。数值算例表明,改进的离散材料惩罚模型不但可以显著地提高优化结果的收敛率,给出清晰的优化构型,而且可以通过较少的优化迭代步数实现这一结果,为纤维增强复合材料的优化设计在工程中的应用提供了新的技术手段。     

基于自适应多点约束逼近的二级结构优化方法研究

 本文对结构优化设计提出了一种二级逼近方法。基于优化过程中所得到的若干点上临界约束函数值及其一阶导数,构造出显式近似函数逼近原约束函数。该近似函数的非线性程度由自适应方法控制,使之在其展开域内接近真实约束函数;由此建立逼近原结构优化问题的第一级显式非线性序列近似问题。为处理其中每个子问题,建立逼近它的第二级序列近似问题,然后采用对偶方法对其求解。算例表明本文方法具有收敛迅速稳定的特点。     

基于移动渐近线方法的结构多刚度拓扑优化设计

基于人工密度指数法,结合序列分层优化方法和折衷规划法,提出并建立了一种求解复杂工况下连续体结构多刚度拓扑优化设计问题的多目标混合优化策略。连续体结构的多刚度拓扑优化设计问题本质上是一种非线性数学规划问题,以数学规划方法中的移动渐近线方法为基础,提出一种具有较佳全局收敛性和单调性特点的序列凸规划近似方法,该法对于目标函数复杂和多约束的拓扑优化问题具有更好的适定性。通过典型的数值算例证明了所研究方法的有效性。     

结构非概率可靠性灵敏度分析方法

 结构非概率可靠性的灵敏度分析对工程中非概率问题的分析预测和优化具有重要的指导作用。基于结构非概率可靠性指标理论,提出了结构非概率可靠性的灵敏度分析方法。针对极限状态函数为线性的情况,推导出了非概率可靠性灵敏度的解析解。在此基础上,结合函数线性化理论,提出了求解极限状态函数为非线性情况的非概率可靠性灵敏度的近似解析方法。基于求解非概率可靠性指标的优化方法,并结合差分理论,提出了求解非概率可靠性灵敏度的优化方法。给出了算例分析,结果表明了所提方法的可行性。     

含硼推进剂固冲发动机补燃室响应面优化设计

影响含硼推进剂固体火箭冲压发动机补燃室燃烧效率的因素很多,且各因素对燃烧效率的影响很难用精确的解析函数式来表示.首先建立了发动机补燃室内两相湍流燃烧数值模拟模型,然后提出了选用基于正交多项式的响应面方法来解决含硼推进剂固体火箭冲压发动机补燃室结构优化问题.这种方法可以减少为得到近似函数式而对补燃室流场进行计算的次数,能比较方便地对固体火箭冲压发动机补燃室各个参数进行优化与分析.      

考虑承载面最大位移约束的结构拓扑优化方法

在实际工程问题中，存在着一类承受分布力载荷作用的工程结构。为了实现此类结构的刚度设计要求，提出限制承载面变形的拓扑优化设计新模型。模型采用KS包络函数对承载面节点位移进行凝聚化处理，并推导了相应的伴随方程和敏度表达式。遵循独立连续映射法建模方式，采用一阶和二阶泰勒展开分别得到约束函数和目标函数的显式表达式。由此将优化问题转换为一系列标准二次规划子问题，采用序列二次规划算法进行高效、稳健求解。通过二维、三维数值算例验证了提出模型的可行性和有效性。结果表明，所提出的列式和相应的优化求解算法能有效控制结构局部区域的最大变形量。     

Stochastic structural optimization using particle swarm optimization, surrogate models and Bayesian statistics

This paper focuses on a method to solve structural optimization problems using particle swarm optimization (PSO), surrogate models and Bayesian statistics. PSO is a random/stochastic search algorithm designed to find the global optimum. However, PSO needs many evaluations compared to gradient-based optimization. This means PSO increases the analysis costs of structural optimization. One of the methods to reduce computing costs in stochastic optimization is to use approximation techniques. In this work, surrogate models are used, including the response surface method (RSM) and Kriging. When surrogate models are used, there are some errors between exact values and approximated values. These errors decrease the reliability of the optimum values and discard the realistic approximation of using surrogate models. In this paper, Bayesian statistics is used to obtain more reliable results. To verify and confirm the efficiency of the proposed method using surrogate models and Bayesian statistics for stochastic structural optimization, two numerical examples are optimized, and the optimization of a hub sleeve is demonstrated as a practical problem.     

小推力深空探测轨道全局优化设计

 针对小推力深空探测四维轨道优化设计,给出了一种组合优化算法,采用该算法基于二体模型进行了深空探测四维轨道全局优化。该组合优化算法由动态规划算法、静态参数优化算法与共轭梯度算法组成。动态规划算法和静态参数优化算法用以选择最优的发射窗口、返回窗口及相应的近似飞行轨道;基于该近似轨道方案,采用共轭梯度算法（解决两点边值问题）求解精确的最优轨道。通过大量的数值仿真计算,得到了航天器的全局最优飞行轨道,及相应的最优发射窗口与返回窗口。数值仿真结果表明,该组合优化算法对深空探测轨道优化具有良好的通用性和工程运用价值。     

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

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

基于灵敏度的可靠性优化解耦方法

针对航空结构可靠性优化设计问题,提出了一种基于灵敏度的可靠性优化(RBO)解耦方法。首先将高效求解的可靠性灵敏度用于失效概率函数(FPF)的快速构建,其优点在于仅需要一次可靠性分析即可得到失效概率函数的局部近似,克服了常规求解方法中需要多次可靠性分析的缺点;然后将得出的FPF近似代入RBO模型中,将原问题解耦成确定性优化子问题,可用常规优化方法来求解。另外,采用了序列近似优化策略来保证可靠性优化解的正确性。文中给出了复合材料梁和机翼三盒段结构的优化求解算例来说明本文方法的可行性和正确性。     

一种结构优化的准解析法

协同利用数学变换、高精度近似和二级逼近策略,提出了一种求解结构优化问题的准解析法。该方法通用性强,计算效率高,尤其适用于求解大型结构设计问题。方法的有效性通过不同类型的优化算例进行了验证。     

Hamilton正则方程半解析法的收敛和对称分析

近年来,Hamilton正则方程半解析法在工程问题上的应用越来越广泛,但至今未见有关这种方法收敛性和对称性问题研究的文献。基于Hamilton正则方程的半解析法理论,通过变分原理详细推导了Hamiltonian元素的固支和简支边界公式及对称边界公式。多个实例的数值研究表明：随着网格加密,Hamilton正则方程半解析法的收敛速度快于一般传统位移有限元法,对称解法的效率明显优于整体解法。     

Kriging模型及代理优化算法研究进展

代理模型方法由于能显著提高工程优化设计问题的效率,在航空航天及其他领域得到了广泛重视,并逐渐发展成为一类优化算法,本文称其为代理优化（SBO）算法。在现有的代理模型方法中,如多项式响应面、径向基函数、神经网络、支持向量回归、多变量插值/回归、多项式混沌展开等,源于地质统计学的Kriging模型具有代表性,是一种非常具有应用潜力的代理模型方法。以飞行器设计领域的优化问题为背景,介绍了Kriging代理模型及应用于优化设计的理论和算法的最新研究进展。首先,概述了Kriging模型的基本理论和算法,并讨论了影响Kriging模型鲁棒性和效率的几个关键性问题。其次,回顾了Kriging模型理论和算法研究的3个最新研究进展,包括梯度增强型Kriging、CoKriging和分层Kriging模型。而后,分析提炼了基于Kriging模型的代理优化算法的优化机制和优化框架,给出了“优化加点准则”和“子优化”的概念,并介绍了目前常用的几种优化加点准则及其相应子优化问题的求解与约束处理;同时,还介绍了最新提出的局部EI加点准则以及代理优化的终止条件。最后,介绍了代理优化在标准测试函数算例验证、飞行器气动与多学科优化设计典型算例确认方面的研究进展,并对当前存在的一些关键科学问题以及未来研究方向进行了讨论。     

非线性热传导方程混合问题插值逼近

以Legendre-Gauss-type积分节点为插值节点,构造插值基函数展开数值解,逼近有界杆上的非线性热传导方程Dirichlet边界条件的正确解。给出算法格式和相应的数值算例,表明所提算法格式的有效性和高精度。所给算法适合于非线性问题求解。     

流体拓扑优化方法及其在叶轮机械中的应用

相比于结构拓扑优化,流体拓扑优化的发展较为滞后。为了促进流体拓扑优化在叶轮机械领域的应用,根据公开资料中的研究成果,首先介绍了该方法的理论基础,包括优化问题数学模型、流动控制方程及求解方法、灵敏度分析技术、优化不稳定问题的预防措施及几何重构方法。然后总结归纳了流体拓扑优化在叶轮机械气动热力学领域的研究现状,通过对涡轮叶片内部冷却结构、涡轮叶片叶顶结构以及离心压气机弯道设计的描述,指出该方法的技术优势。研究表明,相比于传统形状和尺寸优化方法,拓扑优化具有更高的设计自由度,且突破了结构参数化的限制,有助于挖掘具有优良性能的新型结构。最后,对流体拓扑优化方法在未来叶轮机械设计中的发展进行了展望。