基于改进遗传算法的双向渐进结构优化方法研究

本文提出了一种基于改进遗传算法的软删除双向渐进结构优化法(G-BESO),以解决传统双向渐进结构优化法(BESO)中参数(如进化率)设置不当而导致无法获得最优拓扑构型的问题.首先确定单元权重系数与单元密度的递推关系式,形成一种考虑单元密度历史信息的材料插值模型,从而增强恢复误删高效单元的能力.然后引入遗传算法中的交叉和变异操作,启发式地更新结构状态以提高全局寻优能力.最后将该方法编写成可用于实际工程结构优化设计的程序.算例表明,提出的方法能稳定得到最优拓扑形状且计算效率更高,可为工程结构的拓扑优化设计提供一定参考.     

基于多岛遗传算法的舱口盖结构优化设计

为降低空船质量，提高经济性，针对某船舱口盖结构减重进行研究。采用拉丁方试验法建立样本空间，根据样本参数进行有限元模型求解。采用响应面模型法建立舱口盖结构设计近似模型，以规范中对应力和变形的要求作为设计约束条件，基于多岛遗传算法对某船舱口盖结构进行优化设计。结果表明，优化解收敛性好，可满足规范要求。     

基于拓扑优化的油船货舱结构设计研究

研究油船货舱结构拓扑优化设计和普通构件级结构拓扑优化设计的不同点:如设计变量数目多、约束条件多、计算工况多以及计算工况之间应变能差异等。为使普通计算机也能运行舱段结构拓扑优化计算并得到清晰拓扑构型的结果,有必要对舱段拓扑优化设计的优化对象、单元类型、初始板厚、工具方法、约束条件、体积分数、工况加权权值等主要控制参数进行研究。文中给出工程上适用的舱段拓扑优化基结构建模方法和计算方法,并以某一单纵舱壁型VLCC为例,分别采用SIMP法和BESO法给出舱段主要支撑结构拓扑优化的清晰构型。     

基于SIMP拓扑优化理论的结构概念设计研究

为了探讨机床结构概念设计问题,并提供符合工程实际的、用于概念设计阶段的机床结构设计方法,文中将拓扑优化方法与有限元结合应用于结构概念设计进行了研究。以UG作为CAD造型平台,以ANSYS作为CAE有限元建模和分析平台,采用SIMP(Solid Isotropic Material with Penalization)拓扑优化理论建立数学模型,并应用改进的启发式拓扑优化准则算法进行数学模型的求解,得到经过拓扑优化的结构概念设计的方案模型。文中将拓扑优化方法与CAD/CAE系统进行集成应用于解决船舶舵叶连接法兰面加工专机的升降台的拓扑结构优化。优化结果为结构详细设计阶段的形状优化和截面优化提供设计优化区域和原型。从结构概念设计的结果看出,其优化设计过程较稳定、有效,能够满足工程上概念设计的需要。     

基于动力学优化的大跨度板架区域支柱拓扑布局研究

大跨距结构是舰船的典型结构特征之一。大跨距结构的低刚度特征导致结构位移及振动幅值较大，使减振设计难度较大。该文分析了某舰船在艏侧推激励下大跨度板架区域结构振动。针对大跨度板架下支柱的布局，建立拓扑优化基结构，采用变密度法（SIMP法）建立以结构质量最轻为目标函数，考虑指定位置处振动速度约束的看台支柱布局拓扑优化模型，进行动力学拓扑优化设计。研究表明：采用文中给出的大跨距支柱拓扑布局优化方法可得到1套振动控制性能良好的支柱布置方案，该方法可以减少繁复的设计及动力学计算工作量，得到更好的减振效果。     

单人常压潜水装具躯体结构的多目标优化设计

文章采用基于响应面（RSM）近似模型和多目标遗传算法（MOGA）对新型单人常压潜水装具躯体结构进行多目标优化设计。首先建立躯体的结构优化模型,分析设计变量对设计目标的影响。通过试验设计（DOE）得到设计目标的响应特征,拟合建立响应面近似模型,最后采用遗传算法对响应面模型进行多目标优化求解,得到躯体结构的优化设计方案。     

锚机机架结构优化设计

结合有限元法、拓扑优化理论以及尺寸优化理论,对某锚机机架进行了系统的创新设计。首先根据锚机设计参数确定该机架的基本尺寸和材料参数,以此建立机架有限元模型,并在此基础上建立拓扑优化模型,得出该机架的最佳传力路径;再根据优化结果建立了三种设计方案的壳单元数值模型和相应的包含离散变量的尺寸优化模型,进行机架的详细设计和比较分析,得出最优机架结构。     

基于ANSYS的结构拓扑优化及其二次开发

本文吸收了"基结构法"和"均匀化法"的思想,提出了"通过力传递的路径来构造拓扑"和"逐次去劣、两极分化"的拓扑优化新思路和方法,对有限元软件ANSYS的拓扑优化功能作了二次开发,拓展了ANSYS拓扑优化结构单元的适用种类,且不仅可以求解连续结构的拓扑优化问题,还可以求解桁架结构的拓扑优化问题,编制了相应程序考证了连续体和桁架两种类型的典型算例,最后将此方法应用于一个船舶板架结构优化中,得到了预期的结果.     

基于子模型分解的船舶舱段结构代理模型协同优化方法

[目的]为解决船舶舱段结构优化设计参数众多、计算耗时的难题,提出一种基于子模型分解的舱段结构代理模型协同优化方法。[方法]每次选择一个板架,根据当前舱段方案的有限元模型建立板架结构子模型,基于子模型构建板架结构响应的代理模型并进行优化,得到板架优化解后更新舱段模型,再进行下一个板架的优化,如此迭代,直到完成一轮或多轮包含所有板架的协同优化后停止。最后对舱段结构尺寸进行小范围调整,得到最终优化解。[结果]某船舶舱段结构优化结果显示,与从整体优化角度出发的基于降维代理模型的舱段结构优化方法相比,在相当计算成本下,所提方法的优化结果重量进一步减小了2.86%,最终实现结构减重4.96%。[结论]所提方法的优化效果较好,在高维船体结构优化问题上具有较好的应用价值。     

空爆载荷作用下波形夹层板抗爆结构优化设计

为了提高空爆载荷作用下夹层板的抗爆能力，提升其在舰船和海工装备上的应用程度，本文提出了一种针对波形夹层板结构的优化方法，该方法以结构质量和在爆炸载荷作用下的结构应力、变形以及吸能作为评估标准，利用正交试验筛选出样本点，通过BP神经网络生成夹层板结构参数与评估标准间的响应面模型，用遗传算法对响应面模型进行多目标优化分析，得出全局最优解，形成一套夹层板的优化设计方案，这为夹层板抗爆结构优化设计提供了一种新的设计思路和优化方法。     

工程结构的拓扑优化设计研究

本文讨论了连续体结构拓扑优化的均匀化方法及其相关理论，分别针对静力问题和特征值问题建立了相应的结构拓扑优化模型。目前有关结构拓扑优化的工程应用研究还很不成熟，尤其在国内尚尾于起步阶段。本文将结构拓扑优化设计理论应用于实际工程结构的概念设计之中，并取得了较好的优化效果。通过对经典算例和某卫星构架子结构的拓扑优化计算，表明本文建立的结构拓扑优化模型能够有效地应用于工程结构的拓扑优化设计，从而为工程结构的结构型式选取提供了有价值的概念设计方案。     

多目标模糊优化在船舶结构设计中的应用

船舶的结构设计过程需要分析和处理大量的不确定性因素,比如结构尺寸、载荷、强度和配合公差等参数,是一个典型的多目标优化过程。为了提高船舶结构的质量,对大量不确定性因素进行优化求解具有重要的意义。本文根据船舶结构设计过程的不确定因素,建立多目标模糊优化函数模型,并采用多目标分层序列法和权重分配法对具有重要性差异层次的目标函数进行判定,找到船舶结构设计参数的最优解。     

基于Lagrange乘数法的钢筋混凝土矩形截面单筋梁截面优化

以工程成本为目标函数,以截面有效高度为设计变量,考虑弯矩设计值、截面尺寸、配筋率等约束条件,建立了钢筋混凝土矩形截面单筋梁的优化模型.采用Lagrange乘数法对优化模型进行求解,通过算例证明该方法的有效性,为优化提供新的思路.     

船用柴油机SCR催化器载体结构参数仿真优化

利用AVL_BOOST软件建立了某船用柴油机SCR催化器仿真模型,通过响应面优化法和BBD试验设计法开展仿真试验,得到以NO_X转化率为目标函数,压降和NH_3滑移量为约束条件的回归方程。通过回归方程对SCR催化器载体结构参数进行优化,优化结果为:横截面积为0.069m~2,长度0.833m,载体孔密度为22/cm~2,涂层厚度0.01mm,载体壁厚0.15mm。     

船舶结构多学科设计优化近似方法的比较

随着船舶结构设计日益复杂,使用统计学方法为复杂的计算机分析建立近似模型已经逐渐成为一种趋势.文章简要地介绍了三种多学科设计优化中常用的建立近似模型的方法;响应面、Kriging和径向基神经网络,并通过两个算例对其性能进行了比较.建立近似模型所需的样本点由一系列随机正交表提供,三种近似方法的性能则通过误差分析来进行比较.除了常用的二阶响应面模型,文中也构造了三阶响应面模型来进行比较.研究结果表明:Kriging方法以其准确性和稳定性,比其它方法更加适合船舶结构的多学科设计优化.     

高速电磁执行器的性能优化

针对一种具有强电磁力密度特性的高速电磁执行器开展性能优化研究。建立高速电磁执行器多物理场耦合仿真模型，通过计算得到不同参数对电磁力密度的影响规律，结合量化分析方法筛选得到3个电磁力密度的关键影响因素；采用最优拉丁超立方试验设计方法建立电磁执行器开启过程中的平均电磁力密度及总响应时间的近似模型；基于建立的近似模型构建电磁执行器性能的多目标优化模型，并采用NSGA-Ⅱ算法求解得到Pareto解集，结合最小距离法确定最优解。结果表明：优化后的电磁执行器在开启过程中的平均电磁力密度提升了14.9%，总响应时间减小了26.7%，空间利用率及动态响应特性均得到提升，研究结果可为高速电磁执行器的优化设计提供理论指导。     

基于有限元分析的自升式平台桁架腿选型优化设计

桁架腿作为自升式平台最为常见的桩腿结构型式,其拓扑型式、结构形状和构件尺寸设计对平台结构响应有重要影响。针对这一问题．笔者将有限元分析和数值优化方法有机结合,建立了复杂环境下桁架腿结构的多约束条件的优化模型,应用ANSYS优化模块进行求解。优化过程中,针对两层设计变量耦合困难的问题,分层优化方法。为验证优化模型和方法的可靠性,对某自升式平台桁架腿进行了选型优化设计。优化结果表明,本文采用的优化模型和方法简单实用,优化效果显著,为自升式平台桁架腿的概念设计提供了一种有效工具。     

基于蚁群算法的舰船避险航路规划

采用蚁群算法研究舰船避险航路规划问题,利用栅格法将航行海区进行细分,建立舰船避险航路模型,进而求算优化解。仿真结果表明,蚁群算法求解舰船优化航路具有较强的稳定性和鲁棒性。     

基于近似模型的海上发射船船型优化

基于耐径向基函数神经网络模型(RBF),以火箭承受弯矩为单目标优化函数,对双体发射船船型参数进行优化研究。选定对船型参数CB和L/B作为优化变量,利用Lackenby方法,对船型参数化建模,应用最优拉丁超立方方法(LHD)选取样本点,采用二次插值方法扩充样本点数据,建立双体船运动响应及阻力近似模型,利用多岛遗传算法(MIGA)搜索最优船型。结果表明优化后船型的火箭弯矩减小3.86%,从而为双体火箭发射船的设计及相关船型研究提供参考。     

基于有限元分析的自升式平台桁架腿选型优化设计

桁架腿作为自升式平台最为常见的桩腿结构型式,其拓扑型式、结构形状和构件尺寸设计对平台结构响应有重要影响.针对这一问题,笔者将有限元分析和数值优化方法有机结合,建立了复杂环境下桁架腿结构的多约束条件的优化模型,应用ANSYS优化模块进行求解.优化过程中,针对两层设计变量耦合困难的问题,分层优化方法.为验证优化模型和方法的可靠性,对某自升式平台桁架腿进行了选型优化设计.优化结果表明,本文采用的优化模型和方法简单实用,优化效果显著,为自升式平台桁架腿的概念设计提供了一种有效工具.