基于加权Kendall相关系数和序贯代理模型的有限元模型修正

为了提高桥梁结构有限元模型修正的效率和效果，提出基于加权Kendall相关系数和序贯代理模型的有限元模型修正方法。首先，建立基于目标响应误差和待修正设计参数灵敏度的加权Kendall相关系数指标，并采用凝聚层次聚类算法，合理确定待修正设计参数的数量和位置，保证待修正设计参数对目标响应具有合适的解耦能力；其次，为解决传统一次性代理模型法在构造代理模型过程中产生的欠采样或者过采样的问题，采用基于FLOLA-Voronoi通用序贯设计策略的序贯代理模型法，提高构造代理模型过程中试验设计样本的利用率和模型修正效率；最后，根据一座斜拉桥的静动力荷载试验数据进行有限元模型修正。结果表明：基于FLOLA-Voronoi算法的序贯代理模型能够合理地确定构造代理模型所需的样本数量和位置，使得在相同样本数量的情况下，序贯代理模型比一次性代理模型具有稍好的精度指标；采用加权Kendall相关系数指标的聚类方法可以得到具有合适解耦能力的待修正设计参数，使得修正前大误差目标响应的误差显著下降，小误差目标响应的误差基本都处于合理范围内，有效地降低了目标响应的整体误差；同时，有限元理论静动力响应与实测静动力响应的平均误差分别由5.56%、8.43%降低至1.87%、3.41%，并且相较于常规方法，修正精度更好，所提方法可以用于桥梁结构有限元模型修正，可得到准确的桥梁结构数值模型。     

预应力砼连续箱梁桥主梁设计参数优化

针对当前连续箱梁桥主梁设计参数计算中存在的问题,提出一种基于多目标粒子群算法的参数优化方法。以主梁的边中跨比、墩顶梁高、跨中梁高及梁底曲线幂次4个参数作为优化对象,以桥梁受力性能、主梁总体造价作为优化目标,采用多目标粒子群算法建立了连续箱梁桥主梁参数优化数学模型;算例分析结果表明,该优化方法得出的设计参数使主梁的结构受力性能与造价均优于传统方法,该优化方法有效。     

某桥钢塔锚固设计分析

本桥采用BIM技术进行锚梁的参数化设计,提高了设计效率,通过对比分析,采用带垫梁的钢锚梁方案作为最终的索塔锚固方式,并将BIM技术有限元软件结合起来,省去了几何模型的建立过程,可供以后的工程实践作为借鉴。     

基于正交试验设计与功效系数法的斜跨拱桥优化设计

斜跨拱桥作为拱桥和连续梁桥的异型组合桥,与常规桥型相比结构受力复杂,为对这一组合桥型进行进一步优化设计,该文依托实际工程,采用梁格法建立空间有限元模型,基于正交试验设计法和功效系数法,通过选取多种控制指标,建立斜跨拱桥参数优化设计目标函数,对与斜跨拱桥受力性能密切相关的设计参数进行多轮优化,得到了拱跨结构矢跨比、梁拱刚度比、吊索对数、吊索梁上间距、吊索顺桥向拱上间距5种设计参数的较优取值,较大幅度地改善了斜跨拱桥成桥状态下的主梁及拱肋的受力状态。     

下承式系杆拱桥结构体系内力分布优化分析

为改善下承式系杆拱桥结构体系受力性能,提高设计效率,采用有限元法对下承式系杆拱桥进行力学数值分析,在不改变结构构造参数的前提下,通过研究吊杆、系杆张力和拱轴线形状对下承式系杆拱桥内力分布的影响,构建下承式系杆拱桥内力分布优化分析方法。研究结果表明:以拱肋、吊杆和系杆组成的结构体系应变能最小为目标,采用无约束优化算法可对吊杆和系杆张力进行优化;以拱肋截面偏心距最小为目标,采用三次样条插值函数进行拱轴线拟合,能快速得到与吊杆和系杆张力优化值对应的拱轴线;合适的吊杆、系杆张力和拱轴线形状,可以优化下承式系杆拱桥结构体系内力分布,提升下承式系杆拱桥结构体系安全性。     

基于序列径向基函数的多目标优化方法及其应用

针对工程多目标优化求解耗时且全局高精度代理模型难以构造的问题,提出基于序列径向基函数的优化方法。该方法在每个迭代步,运用信赖域更新技术将整个设计空间分割成一系列信赖域,以降低优化问题的复杂程度。在每个信赖域上建立各个响应的代理模型,并采用微型多目标遗传算法进行优化。为避免序列近似优化引起的效率降低问题,运用继承拉丁超立方试验设计继承上一代样本点,以减少新样本;同时继承当前的非支配解,对代理模型局部加密,以减少迭代次数。在Benchmark测试问题中,与传统的代理模型方法相比,在实际模型相同调用次数情况下,该方法能更好地逼近全局前沿面。最后将该方法应用于某轿车车身结构轻量化问题中,验证了解决实际工程多目标优化问题的能力。     

BIM技术在重庆曾家岩嘉陵江大桥设计中的应用

重庆曾家岩嘉陵江大桥为(135+270+135)m刚性加劲悬索连续钢桁架公轨双用桥,上层为城市主干道路,下层为城市交通轨道,大桥路线走廊狭窄,桥址古今建筑密集、地下管网轨道交错繁杂、地形起伏显著。该桥设计中应用Bentley和Autodesk平台软件进行BIM技术协同设计,基于BIM平台软件,创建了三维地形模型和工程周边实景模型,在此基础上确定了最佳路线,通过桥型方案比选确定了连续钢桁架桥方案;建立钢桁架、桥墩等主要结构参数化模型,进行结构参数化设计;通过构件碰撞检测校核、桥墩防撞模拟、交通流模拟和工程量校核等,实现大桥优化设计。与传统二维设计相比,基于BIM技术优化该桥设计方案,大量节省了设计成本,有效地提高了桥梁设计质量,提升了整个工程管理水平。     

基于实测数据驱动下优化参数的移动下击暴流数值模拟

为实现下击暴流风场高精度数值模拟，基于冲击射流模型开展稳态下击暴流数值模拟，引入网格滑移技术实现下沉气流移动效应的模拟，研究下击暴流移动过程中的风场演变规律；提出以实测数据为目标的下击暴流模拟参数优化方法，将目标风速时程抽象为若干特征点，通过模拟特征点与目标值的误差建立目标函数；将代理模型引入下击暴流模拟参数优化的过程以提高计算效率，并通过数值模型计算设计样本点响应来训练代理模型；通过5组测试算例验证Kriging模型的代理精度和参数优化方法的可行性，采用所提出的优化方法以安德鲁斯空军基地(AAFB)所监测的下击暴流风场为目标进行模拟参数优化，并基于此参数进行数值模拟。研究结果表明：下沉气流喷口速度U_j、喷口移动速度U_T和环境风速U_b的相对值是影响下击暴流平均风速时程时变特征的关键因素；在参数优化过程中引入代理模型替代数值模型参与优化迭代，极大地提高了参数优化的效率；基于最优参数进行数值模拟，显著提高了下击暴流数值模拟的精度。     

基于代理模型的薄壁钣件抗撞性优化设计

为研究薄壁吸能钣件的抗撞性,基于动力显式有限元法和全因子试验设计,结合响应面方法建立了薄壁钣件的代理模型.以结构的比吸能为优化目标,采用序列二次规划算法对结构参数进行优化,找到吸能钣件的比吸能随钣件长度和厚度而变化的规律,得到了该薄壁钣件的最优设计参数.     

前期整车后悬架硬点优化设计

在某车型后悬架硬点前期开发中,确定了整车后悬架硬点设计开发以悬架KC特性作为优化设计工况。基于工程经验和四连杆式悬架特点,选择对悬架KC特性有较大影响的悬架设计参数,通过对比分析,选用合适的DOE方法、近似模型法和优化算法,实现了整车后悬架硬点的优化设计,提高了整车开发效率。     

Kriging代理模型表征混凝土小箱梁典型劣化的有限元模型修正方法

桥梁在运营过程中,由于受到荷载与环境作用,其结构与材料的性能不可避免地产生劣化,运营期间的桥梁状态与设计施工时相应的桥梁状态之间,总会存在一定的差异。以某混凝土小箱梁桥为背景,针对混凝土小箱梁桥的有关典型劣化问题,依据该桥在运营期间通过传感器所测得的数据,采用Kriging代理模型,对桥梁有限元模型进行修正,并通过预设的桥梁典型劣化模式进行验证。结果表明,采用Kriging代理模型方法,使得有限元模型在修正过程中的调用次数有明显的降低,计算效率提高,模型修正结果精度更高,模拟效果较好。该方法可为其它类似桥梁提供借鉴和参考。     

基于改进NSGA-Ⅱ和IGA-BP神经网络的索梁锚固区结构优化研究

为实现大跨度斜拉桥索梁锚固区钢锚箱的结构优化,依托某大跨度斜拉桥索梁锚固区结构实际工程,提出了一种基于NSGA-Ⅱ算法与IGA-BP神经网络模型的结构参数优化方法。首先基于BP神经网络确定了钢锚箱响应数据预测的拓扑结构,采用自适应交叉变异改进的遗传算法对钢锚箱结构响应神经网络预测模型的权值阈值调参,得到满足拟合精度要求的IGA-BP神经网络预测模型。然后建立考虑结构平均应力和主要板件上峰值应力的数学优化模型,采用改进交叉、变异算子的NSGA-Ⅱ算法设计了钢锚箱结构参数优化流程。最后联合改进NSGA-Ⅱ算法和IGA-BP模型实现了钢锚箱结构参数的优化求解。结果表明：自适应遗传算法对BP神经网络权值与阈值调参的效果良好,相较于标准BP神经网络,IGA-BP神经网络的拟合精度和训练效率均更高;改进NSGA-Ⅱ算法可以实现对钢锚箱结构参数的寻优求解,根据Pareto协调最优解的结果,钢锚箱支撑板与承压板厚度有一定增加,加劲板和锚垫板厚度略微降低;优化后的结构上平均应力降幅约为2.7%,其中承压板应力峰值由200.9 MPa降低至178.1 MPa,降幅约为11.3%,支撑板应力峰值由199.6...     

基于代理模型的汽车正撞安全性仿真优化

针对传统方法无法高效地实现多目标优化的问题,将有限元法和代理模型技术相结合,以整车质量、B柱加速度峰值和前围板侵入量为优化目标构造了其代理模型,研究了样本数量对模型精度的影响,并采用NSGAII优化算法对板件厚度进行了优化。结果表明:增加样本点的数量未必能有效提高代理模型的精度,测试点评价方法的精度在很大程度上依赖测试点的数目和位置,不能准确评价代理模型的精度,而采用交叉验证法取得较好的效果;基于代理模型,对车身结构的板件厚度优化后,效果显著,整车质量减轻了4.1kg,B柱加速度峰值降低了8.44%,前围板侵入量降低了6.03%。     

基于代理模型的龙卷风数值模拟参数优化

为实现以实测数据为目标的龙卷风高精度数值模拟,在总结已有研究成果的基础上,基于计算流体力学(CFD)方法建立了ISU型龙卷风数值模型,通过参数灵敏度分析确定拟优化模拟参数;提出了以实测数据为目标的龙卷风模拟参数优化方法,引入代理模型提高计算效率并通过数值模型计算设计样本点响应来训练代理模型,采用最大切向速度、最大切向速度处半径及标准化风剖面线形误差3个指标建立目标函数;通过一组数值算例验证了所提出优化方法的可靠性,采用所提出的优化方法分别以龙卷风物理模拟器试验数据和龙卷风现场实测数据为目标进行模拟参数优化,并基于此进行CFD数值模拟。研究结果表明:入口切向速度U_t、模拟器离地面高度H_g和地面移动速度V_T三个参数对龙卷风场影响较大,因此选作为待优化模拟参数;引入代理模型进行参数优化,避免了数值模型直接参与优化迭代过程,提高了优化效率;以龙卷风物理模拟器试验数据为目标的数值模拟结果,与试验数据的标准化风剖面线形误差V_Mp仅为0.034 4;以龙卷风现场实测数据为目标的数值模拟结果,在h=250 m及h=450 m高度处与实测结果的风剖面综合误差V_M分别为0.024 0、0.035 1,均小于训练样本集中模拟结果的误差,采用优化后的模拟参数进行龙卷风数值模拟很好地改善了模拟精度。     

基于实测数据的高墩大跨混凝土梁桥高精度有限元模拟方法

高墩大跨混凝土梁桥在我国沟壑峡谷地区应用较为广泛。针对这种桥梁混凝土结构施工难度较大且施工周期较长的特点,提出了一种适用于该桥型成桥阶段的力学性能分析的高精度有限元建模方法。该方法首先建立初始有限元模型,然后根据混凝土桥梁的实际施工情况以及荷载试验实测数据对该有限元模型中的结构参数进行修正,获取桥梁在运营阶段荷载作用下的准确的力学响应模型。以一座四跨混凝土连续刚构箱梁桥为依托工程建立了有限元模型,并根据其实际施工误差和结构特点确定了4个结构参数作为待修正参数,采用响应面法根据桥梁实桥加载数据对其结构参数进行了修正。结果表明,采用修正后的结构参数建立的有限元模型与实桥加载数据吻合良好,有限元模型计算精度得到了显著提高,可真实反映桥梁实际结构的受力状态。该方法可为桥梁结构运营期间的健康监测、状态评估、损伤检测提供可靠的分析手段。     

CSCW环境下工程数据库设计

工程数据库是工程设计系统的核心，传统的工程数据库设计方法很难直接引入CSCW环境下工程数据库的设计中。章采用软件的方法对商品化的分布式数据库系统进行了改造，设计了CSCW环境下工程数据库的总体结构，并对工程数据库的系统代理层进行了讨论，设计了系统代理的结构。     

基于响应面法的内燃机曲轴优化

针对内燃机曲轴的结构强度问题,以内燃机实际运行工况下整体曲轴有限元仿真为基础,通过中心组合试验方法进行采样,运用最小二乘法、显著性分析和拟合精度检测,构建并修正了曲轴结构强度计算的响应面模型,选择关键几何结构参数为设计变量,采用模拟退火与直接搜索相结合的协同优化方法对响应面模型进行优化。对某内燃机曲轴的优化算例表明,该优化方法能大大提高曲轴设计的优化效率,具有较高的精度。     

基于试验数据的大跨度拱桥有限元模型修正

为了获取菜园坝长江大桥的基准有限元模型,结合Kriging代理模型和一种改进的粒子群优化算法,利用荷载试验数据对其初始有限元模型进行修正。首先,叙述模型修正和Kriging模型基本理论,在基本粒子群算法中引入交叉变异计算,提出一种改进的粒子群算法,并通过测试函数对改进的粒子群算法进行验证;其次,简要介绍菜园坝长江大桥荷载试验、荷载试验结果及初始有限元模型;最后,根据敏感性分析选定6个待修正参数,通过试验设计得到频率和位移关于修正的参数的样本,并建立有限元模型的Kriging代理模型以预测结构响应;以频率和位移的试验值和计算值残差为目标函数,分别利用基本粒子群算法和改进的粒子群算法在修正参数的设计空间内寻找目标函数的最小值,并对比分析模型修正的结果。结果表明：测试函数表明改进的粒子群算法具有较好的稳定性和成功率,并能获得更为精确的优化结果;建立的Kriging代理模型均方根误差较小,可以替代有限元模型预测结构频率和位移;经过模型修正,菜园坝长江大桥前5阶频率计算值与试验值相对误差均控制在5%之内;除个别测点外,位移相对误差均控制在10%以内;相比基本粒子群算法,改进的粒子群算法获得了更小的目标函数值,修正后的频率和位移的相对误差更小。     

基于参数化的车辆驱动桥壳动态优化设计

介绍了利用UG／NX软件对汽车驱动桥壳进行参数化设计的方法．并针对某轻型载货汽车驱功桥壳建立了动力学模型对影响驱动桥壳强度和刚度的因素进行了研究．并进行了产品结卡勾优化设计，优化后的桥壳本体厚度由8mm降至7mm，质量减轻了4．2kg。与传统的设计方法相比．这种方法提高了设计精度和效率。     

基于Isight和AMESim的液压减振器关键参数集成优化

在AMESim中搭建了某乘用车前悬架双筒充气式液压减振器的仿真模型。以 Isight 为平台集成AMESim,对减振器模型参数进行DOE分析,提取对减振器性能影响较大的参数,作为优化的设计变量。利用Isight中的Pointer智能求解器进行优化。结果表明,经过集成优化后的减振器阻尼力曲线与目标曲线吻合较好,符合工程实际的需要。与传统方法相比,该方法缩短了时间,提高了设计效率,可用于指导减振器阀系参数的设计与性能预测。