基于向量化的BESO方法灵敏度过滤快速算法

在使用双向渐进式拓扑优化算法(BESO)时,优化结果中常会出现棋盘格和网格依赖的现象。单元灵敏度过滤器是解决此类问题的有效方法,但随着结构规模扩大单元数量增多,计算单元权重因子耗时将十分可观,其原因是计算单元的权重因子数据需进行多次循环嵌套,逐一计算单元中心距,串行算法使得计算效率低下。通过结合深度学习训练模型中将数据集进行向量化预处理的思想,对灵敏度过滤计算所需数据进行向量化预处理,并推导了基于向量化的单元灵敏度过滤算法,将逐一的标量运算改进为可并行的矩阵运算。对向量化算法中可能出现的储存空间占用过大的问题,使用稀疏矩阵对储存空间进行优化,提出进一步改进的Sparse算法。通过ABAQUS二次开发实现了改进后的BESO拓扑优化流程,分别使用二维和三维悬臂梁算例进行计算时长验证,结果表明向量化的灵敏度过滤算法的加速比相对于双循环算法最高可达6,Sparse算法的加速比可达8,改进后的算法极大提升了单元权重因子和灵敏度过滤的计算速度。在计算权重因子时,Sparse算法的耗时略高于向量化算法,但在优化总耗时方面,Sparse算法优于向量化算法;当结构规模大单元数过多时,向量化算法可能限于硬件的内存容量无法计算,而Sparse算法则能够正常计算。     

材料多等级双向演化结构优化算法

经典双向演化结构优化(BESO)算法采用单一材料非“生”即“死”的优化方式,过程中易产生边界问题,从而使结果陷入局优。为解决这一问题,在优化中线性内插多个弹性模量等级的材料,再构建基于变异系数的材料利用程度评价指标,以决定单元在不同材料等级间的升降,开发出材料多等级BESO算法。通过深梁算例对比新算法与经典BESO算法在优化能力上的差异,并探讨材料等级数对优化过程和结果的影响。研究结果表明：算例在优化运行至折算体积率为0.3时,单一材料的经典BESO算法,双材料、三材料和四材料的材料多等级BESO算法,解的柔顺度指标分别为0.818×10⁴,0.785×10⁴,0.775×10⁴和0.768×10⁴N·mm,耗时分别为4,8,12和18 min。算例在优化运行至绝对体积率为0.3时,三材料的材料多等级BESO解中占比高的材料2和材料3,变异系数分别为0.11和0.26,而经典BESO解中单一材料的变异系数为4.88。因此,与经典BESO算法相比,材料多等级BESO算法可以得到柔顺度更低,更符合优化目...     

基于改进BESO算法的带隔板薄壁方管耐撞性拓扑优化

为了提高带隔板薄壁方管的耐撞性能,实现吸能管轻量化的设计目标,采用改进的双向渐进结构优化法(BESO)对吸能管进行拓扑优化。针对传统BESO算法不能满足带隔板吸能管压溃过程中管壁与隔板的作用不同而导致的优化目标不同的问题,提出多设计域优化目标分离法;针对优化过程中的模型信息储存问题,提出克隆体法。代码采用Python编写,与ABAQUS无缝对接。研究结果表明：拓扑优化后的结构比之原始结构,质量下降了27.98%,比吸能提高了30.89%,验证了所提算法的有效性和可靠性。     

结构拓扑优化设计的组合算法

根据最优载荷传递路线的概念及其搜索方法,较简便地获得比原问题给定的拓扑结构要小的次拓扑结构Td;在不会遗漏最优拓扑解的前提下,使寻优拓扑空间缩小.相对原问题,Td体现了最优传力性质.根据文中的删杆策略,在每次迭代中,可有效地定出‘被删杆件集',按离散变量结构截面优化的组合算法[1]的模式对Td进行离散变量拓扑优化.最后给出了算例,以证明本文方法的有效性和可靠性.     

高速铁路基础设施检测传感器网络物理拓扑优化方法

高速铁路基础设施的状态关系到列车运行安全,传感器网络技术为高速铁路基础设施状态的实时、全天候检测提供了可能。根据高速铁路基础设施检测传感器网络的应用需求,建立由检测节点(ED)、信息转发节点(RP)、网络接入节点(AP)构成的3层网络通信模型。在确定检测区域所需ED节点类型和个数的基础上,建立网络通信节点带宽利用率最大的整数规划模型,将传感器网络物理拓扑优化问题转化为多次整数规划问题;针对研究区域无传感器网络资源和已有若干传感器网络资源的2种实际应用情况,给出基于粒子群优化算法的求解步骤。对包含60个ED节点的检测应用实例,利用给出的算法通过50次迭代得到了这2种情况下的最优网络节点个数及各通信节点的ED节点组合策略。对实例求解的结果表明,所提出的传感器网络通信模型、物理拓扑优化方法及算法能够解决高速铁路基础设施检测传感器网络物理拓扑的优化问题,可有效降低传感器网络的成本及确定最优的网络通信链路。     

基于拓扑优化的有轨电车车体设计技术研究

以有轨电车车体结构为对象,参照EN 12663标准中的主要载荷工况,采用有限元方法对车体底架结构进行拓扑优化。在拓扑优化概念模型的基础上,考虑焊接、加工等工艺因素,完成方案设计,并对方案模型进行有限元验证,方案模型结构强度满足EN 12663中规定的主要载荷要求。     

电力机车底架前端结构耐撞性 拓扑优化研究

为提高电力机车碰撞安全性,文章以某型电力机车车体为研究对象,对底架前端部位开展耐撞性动态拓扑优化研究。首先,建立电力机车有限元模型,通过基于混合元胞自动机法的动态拓扑优化分析得到底架能量流动的主要路径;然后,结合电力机车车体结构特点,对底架前端结构进行优化设计与铝蜂窝吸能材料填充;最后,将优化前后的有限元模型进行碰撞仿真计算对比。研究结果表明：优化后的车体碰撞峰值加速度为402.56m/s²,较优化前的车体碰撞峰值加速度663.04m/s²降低了39.29%,优化后碰撞峰值界面力比优化前降低35.71%,验证了机车耐撞性结构拓扑优化设计的合理性与有效性,提升了该型机车的耐撞性能。     

基于CBTC的灯泡线线路拓扑结构分析与设计

分析灯泡线对既有CBTC系统线路拓扑结构下链接关系的影响,提供一种基于轨道交通灯泡线线路的系统设计方法,并给出描述线路拓扑的数据结构定义。系统设计方法核心思想是:在CBTC系统中,将灯泡线中的拐点作为一个链接对象。通过对拐点两侧的区段链接关系进行描述和确定,对于存在灯泡线的线路,根据列车运行方向,实现对含拐点线路的路径搜索,并对包络跨在拐点上的列车进行包络位置计算,对列车运行方向与信号机、车档等方向的一致性判断给出具体方法。通过使用这种方法,使得既有CBTC系统少量修改拓扑结构,就能支持灯泡线线路。     

基于拓扑优化的高速列车外风挡结构动态柔度设计研究

针对高速列车运行速度较快而导致车端连接处的U形外风挡易遭受气动载荷冲击产生振动以及在气动载荷作用下产生大变形等问题,文章基于拓扑优化对外风挡结构动态柔度进行优化设计,在满足一定约束的前提下,在设计域内寻找指定实体材料的0-1分布,并对中间密度使用惩罚因子进行忽略,使得目标函数外风挡结构柔度最小化。并将动态柔度优化模型的求解策略做进一步研究,采用移动渐进法(MMA)对于优化问题数学模型进行求解分析。研究结果表明,优化后的外风挡断面面积减少,抵抗变形能力和一阶固有频率提高。     

交通物流配送路径优化算法的研究

为进一步优化交通物流配送路径,提高物流配送效率,将多种路径优化算法相结合,提出改进的路径优化混合算法。首先利用遗传算法的随机搜索性、快速性和全局收敛性产生物流路径问题的初始信息素分布,然后充分利用蚁群算法的并行性、正反馈机制及求解效率高等特点求得较优解,最后利用爬山算法良好的局部收敛性求得最优解。实验结果证明,该混合算法与单一算法相比,其路径计算效果和计算效率都有比较明显的提高。     

考虑互联互通的城市轨道交通网络列车开行方案优化

为顺应城市轨道交通网络列车跨线运营的运输组织发展趋势,从乘客和企业两方面,提出一种互联互通条件下城市轨道交通网络列车开行方案优化模型。模型以网络列车跨线交路组合方案和发车频率为决策变量,考虑线路通过能力、运用车数量、断面运能等约束,以乘客出行成本和企业运营成本的系统成本最小化为目标。针对模型变量多的特点,设计考虑理性乘客客流分配方法的改进邻域搜索算法进行求解。以包含4条线路的某城市地铁网络进行案例分析,研究跨线运营下的最优开行方案,并与分线运营予以比较,验证优化模型的可行性和算法的有效性。研究结果表明：1) 改进的邻域搜索算法求解时间较短,且收敛解质量较稳定;2) 与分线运营相比,互联互通下,全网系统成本降低了接近4.0%,全网换乘客流量降低了4.8%,同时开行跨线列车能有效降低企业运营成本,最多可降低40%;3) 开行跨线列车提高了乘客的直通性,乘客直达路径数量提高了6.4%,多次换乘的行为大幅减少;4) 为保证跨线运营的服务水平,应合理设置跨线交路数量。采用本模型时应充分考虑全网实际客流特点和乘客时间价值,当全网小时进站量大于97 314人次且换乘系数大于1.45时,跨线运营比分线运营更具优势。     

通信管道气吹微管微缆的施工方式

本文介绍了当前通信管道气吹微管、微缆的施工方式，对当前常用的微管微缆敷设技术进行了总结，具有指导施工的实际意义。     

随机需求订单可拆分的多目标车辆路径问题

考虑现实中需求随机,司机的工作量和收入可能受线路长度影响,研究基于需求随机订单可拆分的多目标车辆路径问题,添加司机工作线路长度均衡为目标,这种考虑需求随机和线路均衡的双目标模型比原来的单目标模型更具有现实应用意义。此外订单可拆分可提高车辆装载率,降低配送费用。基于以上考虑,本文构造考虑随机需求订单可拆分的双目标车辆路径问题模型,提出订单拆分车辆配对服务策略。针对本文研究问题特点,设计大规模邻域自适应搜索算法进行仿真实验,并通过修订的Solomon算例验证模型和算法的有效性。     

基于图论的最低风险水平线路方案自动搜索算法

以计算机图论为基础,研究线路方案拓扑关系,提出采用有向图网络表征线路局部方案间网络拓扑关系。借鉴图论最短路径问题思想,构建一种最低风险水平线路方案搜索算法,实现在高速公路线路风险全局最优的条件下,自动搜索出一条整体风险水平最低的推荐方案。     

基于OptiStruct 的辅助变流器盖板及吊耳优化

采用Ansys软件对地铁高频辅助变流器柜体进行模态分析,可知辅助变流器柜体第一阶振动频率对应的振型为盖板法向振动。为增强盖板的刚度,以提高盖板第一阶振动频率为目标,在OptiStruct软件中对其进行形貌优化。同时,为减轻吊耳重量,对吊耳进行了拓扑优化。优化结果表明：辅助变流器柜体的第一阶振动频率提高32.0%,吊耳减重21.0%,优化效果较为明显。     

车体结构多目标拓扑优化设计探讨

车体概念设计阶段,为了得到合理的承载结构,运用组合应变能指标函数将静态多工况刚度问题和动态工况振动频率问题统一,采用线性加权方法将多目标问题转化为单目标问题,从而避免因单目标拓扑优化而不能满足车体结构性能要求的缺点;通过对车体结构实现多目标拓扑优化,得到较为清晰的承载结构,为车体承载结构设计提供思路。     

带碳排放约束的异型车辆路径问题及其禁忌搜索算法

回顾物流运输中的碳排放和异型车辆路径问题研究状况,阐述带碳排放的异型车辆路径问题（HVRPCE）,并建立HVRPCE问题的数学模型。应用基于最佳插入和交换的混合邻域禁忌搜索算法求解HVRPCE问题,对Taillard标准算例给予碳排放约束以进行HVRPCE测试,其中异型车辆的碳排放系数根据其燃料消耗确定。采用小型车优先的策略来产生初始解,并提出一种混合邻域结构。与文献中已有的结果相比较,结果显示：混合邻域禁忌搜索算法能使得HVRPCE问题在车辆行驶成本和碳排放两方面有较大的下降,而企业不仅能在低碳物流方面成功,还能增加效益。     

基于Dijkstra优化算法的多媒体地铁综合信息查询系统

论述了地铁综合信息查询系统的硬件与软件组成模式。该系软件部分由乘车查询、本站信息、地铁线路、出行指南4大模块组成。着重介绍了基于Dijkstra优化算法实现的乘车查询核心模块。