基于变密度方法约束阻尼层动力学性能优化

为了提高约束阻尼层结构动力学性能,针对约束阻尼板结构的约束阻尼层布局优化问题,采用变密度拓扑优化方法,以体积为约束函数、模态阻尼比为目标函数,研究了约束阻尼层的模态阻尼比的灵敏度,并对灵敏度的再分配进行滤波;引入MAC矩阵,对优化的模态振型进行跟踪,以保证对固定阶的模态进行优化.结果给出了约束阻尼层动力学性能的变密度拓扑优化设计方法,以及基于变密度方法约束阻尼层结构的最优拓扑构形,并与渐进法优化的结果进行对比.结果证明了该方法用于阻尼结构的优化设计具有很强的可行性,有一定的工程实用性.     

加筋板自由阻尼铺层的拓扑优化研究

为提高铺设自由阻尼层的加筋板结构的减振降噪性能,以阻尼层厚度为设计变量,结构模态损耗因子最大为目标,阻尼材料用量为约束对阻尼材料分布进行了拓扑优化。推导了模态损耗因子对阻尼层厚度的灵敏度,在此基础上使用移动渐近线(MMA)算法对优化问题进行求解。并探讨了阻尼材料的弹性模量,损耗因子和加强筋截面尺寸对拓扑优化结果的影响。     

小卫星一体化星敏支架拓扑优化

针对小卫星薄壁式铸钛一体化星敏支架减重需求,采用拓扑优化方法设计了一种面向3D打印制造的一体化星敏支架,拓扑优化计算时以刚度不低于200 Hz和重量最小化为目标得到了材料分布模型,采用形状优化和形貌优化等手段对材料分布模型进行光顺处理得到了拓扑优化设计后一体化星敏支架。经有限元分析,星敏支架刚度和强度满足要求。选择Ti6Al4V（TC4）激光选区熔化成型工艺加工了样机,验证了拓扑优化的星敏支架的可制造性。拓扑优化的一体化星敏支架重量相比薄壁式结构铸钛一体化星敏支架减重达80%。     

金属加筋薄壁圆台结构二级布局优化设计方法

提出了一种金属加筋薄壁圆台结构的二级布局 优化方法。该方法首先采用试验设计选取结构布局变量的样本点,然后对每个样本点相应的 加筋薄壁结构进行强度和稳定性约束下的尺寸优化,获得对应的目标响应值;其后用布局变 量样本点和对应的响应面构造Kriging近似模型;最后用遗传算法对近似模型进行优化,得 到了加筋薄壁圆台的最优解。算例结果表明,该方法简单且优化效率高。     

ZN-1型粘弹性阻尼材料模型参数修正研究

为了给被动约束阻尼（PCLD）结构的动力学分析提供更精确的粘弹性材料数学模型,进行了ZN-1型粘弹性阻尼材料模型参数修正的研究。以模型参数为优化变量,以PCLD悬臂梁固有频率和损耗因子的误差最小为优化目标,采用混合遗传算法修正了ZN-1型粘弹性阻尼材料模型参数。修正模型参数后PCLD梁动力学特性计算值比原始模型更接近于试验值。     

基于全局近似函数的薄壁结构耐撞性多目标优化

以圆锥形薄壁金属管为对象进行耐撞性优化研究,并对几种全局近似函数构造模型精度与适用性进行讨论。以薄壁管的多个几何参数为设计变量,以质量比吸能、长度比吸能、最大冲击载荷为目标函数,通过对比几种不同方法构造的近似模型精度,发现依据各个目标函数的非线性强弱程度不同,可以采用相对应的构造方法获得精度最高的近似模型。最后结合普适性最好的RBF法对圆椎管进行多目标的耐撞性优化,并给出设计空间中的Pareto解集与Pareto曲面,提供了多种侧重不同耐撞性指标优化的设计方案。     

基于PCL语言的局部覆盖PCLD梁的动力学优化

为实现局部覆盖被动约束层阻尼(PCLD)梁的动力学优化,在通用有限元软件MSC.PATRAN/NASTRAN平台上,利用PCL语言在PATRAN中建立了局部覆盖PCLD梁有限元模型,实现了设计变量的参数化,以局部覆盖PCLD梁第一阶模态损耗因子最大为优化目标函数,采用单纯型法对局部覆盖被动约束层阻尼梁进行了动力学优化计算.算例表明,程序合理,结果正确,能够满足工程设计需要.     

基于Kriging模型的结构耐撞性优化

提出了基于Kriging模型的耐撞性优化方法。首先就Kriging模型的构造方法及其精度评估问题进行了讨论;然后,以薄壁管为研究对象,采用瞬态非线性有限元分析程序作为计算核心,以薄壁圆管的直径和壁厚为优化变量,以最大撞击载荷为目标函数,薄壁管的最大压缩量等作为约束函数,构造了基于Kriging模型的全局近似函数来逼近真实的优化目标函数与约束函数;随后,提出了提高全局近似函数精度的Kriging模型更新方法,改进了优化设计分析流程;最后,在所构造的全局近似函数的基础上,采用遗传算法进行优化分析。算例分析结果表明,该方法构造的最大撞击载荷与最大压缩量的全局近似函数在最优解处与真实解非常吻合,说明了Kriging模型的有效性。     

扑旋翼飞行器气动特性分析及机翼拓扑优化设计

建立微型扑旋翼飞行器运动学模型,基于面元法研究低雷诺数下非定常场中扑旋翼飞行器的气动特性,得到机翼气动特性和一个工作周期内的最大气动载荷。建立扑旋翼飞行器机翼有限元模型,基于变密度法和独立连续映射法(Independent continuous mapping,ICM)对机翼进行静力学和动力学拓扑优化设计,通过改变机翼拓扑结构优化机翼模态频率,得到同时满足结构静力学和动力学要求的扑旋翼飞行器机翼拓扑结构。本文为扑旋翼飞行器机翼结构优化设计提供了基本思路和研究基础。     

夹杂黏弹性阻尼层的复合材料结构多目标优化设计

黏弹性阻尼层为黏弹性复合材料带来了良好的阻尼性能,但也降低了整个复合结构的强度,两者必须兼具方能满足实际需要。本研究运用高阶位移模式建立损耗因子和强度的计算模型,对黏弹性复合材料结构分别进行单目标和多目标优化。结果表明:改进的遗传算法能够运用于黏弹性复合材料结构的阻尼和强度性能优化中,且多目标优化可以综合考量评价复合结构的阻尼和强度性能。     

基于径向基函数的卫星平台桁架结构优化设计

为了降低结构优化计算成本,同时保证搜索优化问题的全局优化解,本文将径向基函数代理模型应用于桁架式卫星平台结构设计优化中。针对桁架结构涉及离散的拓扑和尺寸变量,本文采用连续松弛变量的方式处理离散变量。另外,本文采用增广拉格朗日函数将涉及非线性约束的优化问题转换为一个只包含边界约束的优化问题,然后应用径向基函数代理模型对转换后的优化模型进行近似,并采用具有全局寻优能力的优化算法对所构造的代理模型进行优化。在桁架结构优化过程中,逐次更新朗格朗日罚系数和代理模型,直至搜索到可行优化点。最后,本文将所提出的优化策略应用于一个桁架式卫星平台设计优化实例中,通过优化结果验证了本文所提出的优化策略的高效性。     

涡扇发动机二元排气系统推力与红外特征多目标型面优化设计

以涡扇发动机二元排气系统为例，以排气系统推力系数、3~5 μm波段正尾向红外辐射特征为优化目标，以窄边探测面30°和宽边探测面90°方向的红外辐射特征为约束，以喷管喉道宽高比、喉道型面半径比、收敛半角和扩张半角为优化变量，在发动机地面军用动力状态，研究排气系统推力与红外特征的多目标型面优化设计。在设计过程中，基于正交试验法确定初始样本点，建立排气系统推力系数、红外辐射特征与设计变量间的RBF代理模型，采用自适应模拟退火算法对代理模型进行分析求解。结果表明：多目标优化方法可应用在排气系统推力与红外特征的兼容设计上，并可取得一定的效果，相比基准二元模型，仅通过型面设计，多目标优化后排气系统推力系数提高了5.3%，在正尾向的无量纲积分辐射强度降低了17%。     

复合材料翼面结构满足颤振速度约束优化设计

本文对复合材料翼面结构进行了满足颤振速度约束的最小重量设计。目标函数为结构重量,颤振速度及工艺尺寸要求为约束条件,运用可行方向法求解优化问题。文中用双三次多项式来模拟翼面复合材料蒙皮厚度,多项式系数及其他有限元的厚度或横截面积为设计变量,通过变量成组减小设计规模,用解析法求颤振速度对设计变量的导数。文后用本法对两个机翼盒段模型进行了优化设计。     

用分域型矩量法分析阻尼介质对壳体塑性动力响应的影响

本文给出分域型短量法，并将其应用于壳体塑性动力响应问题。文中以承受均布冲击侧压的固支长圆柱壳为例，应用分域型矩量法分析阻尼介质对其塑性动力响应的影响。     

基于结构拓扑优化的惯组基座轻量化设计

拓扑优化是一种根据载荷、约束及优化目标寻求结构材料最佳分配的优化方法,既可以用于全新产品的概念设计,也可用于已有产品的设计改进。在设计接口框架下,以惯组基座的初始结构为基础,实施以频率为约束条件的拓扑优化分析;参考优化后的最优拓扑并结合工艺要求,确定惯组基座设计方案并进行验算,实现惯组基座的轻量化设计。     

薄壁梁系的可靠性优化设计

以结构系统的可靠度作为薄壁梁系结构的优化控制参数。用改进的分枝眼界法判从主要失效模式。用PNET法计算结构系统的可靠度。导出了两种梁系结构可靠度的灵敏度分析表达式。提出最佳矢量型算法的选代公式,有效地求解了Ⅰ型截面梁系结构在系统可靠度约束下的最小重量设计问题;且在其中通过设计变量连接来满足薄壁梁的稳定性要求。算例的结果说明了方法的有效性。     

基于UKDE和XGBoost的航班过站时间动态预测

为了提高机场运行高峰时航班过站时间预测的精度及可靠性,研究了一种结合无偏核密度估计（Unbiased kernel density estimation, UKDE）和极端梯度提升决策树（Extreme gradient boosting, XGBoost）模型的航班过站时间动态预测方法。首先,考虑模型输入变量航班密度的连续性和不确定性变化,利用UKDE法估计机场航班密度,将其作为动态指标输入模型。其次,引入量子粒子群（Quantum particle swarm optimization, QPSO）法优化XGBoost模型。最后,考虑前序航班延误发生前后输入特征的变化,利用初始预测结果对航班密度进行修正,得到二阶段预测结果。研究结果表明：本文方法在高峰时段的预测平均绝对误差为7.365 min,效果优于随机森林（Random forest, RF）、粒子群（Particle swarm optimization, PSO）-XGBoost和XGBoost,修正后的预测结果平均绝对误差减少了3.373 min;模型输入参数按敏感性程度由高到低依次为航班密度、前序航班提前到港时间和延误...     

基于遗传算法的复合材料圆柱壳屈曲多目标优化设计

针对复合材料圆柱壳屈曲载荷最大化和缺陷敏感度最小化问题,提出以铺层纤维方向角为设计变量的基于遗传算法的多目标优化方法,采用层合壳屈曲理论计算临界载荷和统计方法计算缺陷敏感度,对由多个个体组成的群体施加选择、交叉和变异等演化操作,通过多代进化得到问题的pareto解.算例优化结果与采用离散方法得到的目标空间解边界比较吻合,验证了方法的准确性和有效性.     

基于进化Kriging模型的金属加筋板结构布局优化方法

借助于试验设计和进化Kriging近似模型,提出了一种金属加筋板结构布局优化策略.其基本思想是用试验设计法选取样本点,进行有限元分析得到该样本点的响应(重量、屈曲因子和剩余强度系数),以此分别建立Kriging近似模型.并采用更新技术提高Kriging模型的精度,应用折衷法和遗传算法对该近似模型进行优化获得最优解.金属加筋板结构设计变量包括加强筋型式、加强筋间距和尺寸变量,约束为强度和屈曲.本文所做的金属材料加筋板结构布局优化设计算例表明,所提方法优化效果明显,优化效率高.     

结构振动控制中主、被动构件的优化配置

本文建立了主被动一体化振动控制复合结构的一般运动方程,在此基础上,建立了主动与被动构件优化配置问题的模型,推导了闭环控制下结构模态阻尼比的求解公式,并以此为目标函数,实现了用模拟退火搜索算法求解主动、被动构件位置优化问题的过程。通过一个空间桁架算例,实现了多个粘弹性阻尼构件与层积式压电推构件杆的位置优化配置,分析讨论了被动阻尼控制对主动构件位置优化的影响。