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《北京工业大学》 2002年
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桁架结构截面优化的理论与软件

乔志宏  
【摘要】: 本文利用MSC/PATRAN提供的PCL语言,针对桁架结构的截面优化对MSC/NASTRAN优化模块进行了二次开发。 首先,对于应力约束,采用满应力设计方法,以各杆的截面面积为设计变量,通过迭代求解,得到最优设计结果。其中,在每一步迭代过程建立优化模型之前,采用射线步技术,调整了结构的性态,保证了收敛的稳定性。 其次,对于桁架结构中受压杆件的失稳破坏,本文提出采用相似变换方法找到截面积与惯性矩的关系,根据压杆的临界应力分别导出大、中、小柔度的迭代公式,设计出压杆的截面积。 第三,对于应力约束、局部稳定约束和位移约束的问题,本文采用序列二次规划SQP方法进行了求解。把复杂的应力约束和局部稳定约束转化为动态尺寸约束,引入倒变量x_i=1/A_i将目标函数展开为二阶近似,将位移约束用莫尔积分化为一阶近似,用对偶规划方法将原问题化为等价的二次规划问题,调用Lemke算法,求得最优设计结果。 第四,将建立优化模型的菜单融合到PATRAN界面,实现程序的可视化。用户可以通过人机界面的交互功能确定设计变量、约束条件及目标函数三要素,实现了优化模型建立的柔性。 本文利用PCL语言对上述优化模块在NASTRAN上进行了程序实现,多个算例验证了程序具有合理性、精确性和收敛速度快等特点。
【学位授予单位】:北京工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TU323.4

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 黄富洪,李泉永,龚雨兵,昌国锋;基于ANSYS的结构优化设计[J];桂林电子工业学院学报;2005年02期
2 赵长勇;张系斌;翟晓鹏;;基于ANSYS参数化语言APDL的结构优化设计[J];山西建筑;2008年03期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 寇立亚;曹秀丽;;基于随机泛函分析的改进遗传算法研究[A];第21届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ册[C];2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 金雪燕;板壳截面优化的理论与基于MSC/NASTRAN的软件二次开发[D];北京工业大学;2003年
2 张伟;杆、梁、膜、板壳等多单元组合结构截面优化程序的集成研发[D];北京工业大学;2006年
3 张晓月;基于敏度分析的不同模量桁架正反问题求解[D];大连理工大学;2008年
4 程新景;高水头水电站钢岔管优化设计[D];江苏大学;2008年
5 李俊杰;基于应力全局化的框架结构拓扑优化研究及软件二次开发[D];北京工业大学;2012年
6 刘晓迪;设计变量控制单元的板壳结构静力拓扑优化[D];北京工业大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 钱令希,钟万勰;结构优化设计的一个方法[J];大连工学院学报;1979年01期
3 隋允康,彭克俭;桁架结构离散变量优化的实用方法和程序实现[J];大连工学院学报;1986年01期
4 隋允康,黄秀芬;改进的梯度投影单纯形法GPS及其在桁架优化上的应用[J];大连工学院学报;1988年01期
5 程耿东;关于桁架结构拓扑优化中的奇异最优解[J];大连理工大学学报;2000年04期
6 隋允康,阳志光;应用两点有理逼近改进的牛顿法和对偶法[J];大连理工大学学报;1994年01期
7 隋允康,于新,张桂明;曲线寻优的收敛性和近似解析解法[J];大连理工大学学报;1995年03期
8 郭鹏飞,韩英仕,魏英姿;离散变量结构优化的拟满应力设计方法[J];工程力学;2000年01期
9 马光文,王黎;遗传算法在桁架结构优化设计中的应用[J];工程力学;1998年02期
10 王跃方,孙焕纯,黄丽华;离散变量结构拓扑优化设计研究[J];固体力学学报;1998年01期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郭旭;程耿东;;A NEW APPROACH FOR THE SOLUTION OF SINGULAR OPTIMUM IN STRUCTURAL TOPOLOGY OPTIMIZATION[J];Acta Mechanica Sinica;1997年02期
2 隋允康;于新;;THE TOPOLOGICAL OPTIMIZATION FOR TRUSS STRUCTURES WITH STRESS CONSTRAINTS BASED ON THE EXIST-NULL COMBINED MODEL[J];Acta Mechanica Sinica;1998年04期
3 ;Independent continuous mapping for topological optimization of frame structures[J];Acta Mechanica Sinica;2006年06期
4 ;A structural topological optimization method for multi-displacement constraints and any initial topology configuration[J];Acta Mechanica Sinica;2010年05期
5 王发灯,李强,缪龙秀;提速货车转向架交叉支撑装置动载荷分布研究[J];北方交通大学学报;2003年01期
6 隋允康,刘赵淼,杜家政,乔志宏,宣兆成,杜惠英,叶红玲;几种工程薄壳结构的分析及优化设计[J];北京工业大学学报;2001年04期
7 李永梅;张毅刚;;离散变量结构优化的2级算法[J];北京工业大学学报;2006年10期
8 姚力;张爱林;杨海军;;应力约束下预应力钢桁架离散变量优化设计[J];北京工业大学学报;2011年03期
9 马恒,刘栋栋,李维平,霍文营;基于遗传算法的桁架结构布局优化设计[J];北京建筑工程学院学报;2005年01期
10 牟在根;侯晓武;宁平华;吴坚如;;ANSYS环境下基于离散变量的网架结构优化设计[J];北京科技大学学报;2006年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 韩英仕;郭鹏飞;朱朝艳;;小生境遗传算法及在离散变量优化设计中的应用[A];第十一届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ卷[C];2002年
2 郭鹏飞;韩英仕;朱朝艳;;离散变量结构优化的Fibonacci遗传算法[A];第十一届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ卷[C];2002年
3 乔志宏;杜家政;隋允康;;多约束下的桁架结构截面优化在NASTRAN上的程序实现[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ册[C];2003年
4 乔志宏;杜家政;隋允康;;含压杆局部稳定约束的桁架满应力设计在NASTRAN上的程序实现[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ册[C];2003年
5 乔志宏;李栋;杜家政;隋允康;;桁架结构满应力设计在NASTRAN上的实现[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ册[C];2003年
6 隋允康;乔志宏;叶宝瑞;;桁架结构截面优化满应力设计方法[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ册[C];2003年
7 董聪;江见鲸;;结构智能健康诊断研究与进展[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ册[C];2003年
8 刘夏石;方明云;;直升机顶层设计与遗传综合算法[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ册[C];2003年
9 王栋;;位移约束下平面刚架结构形状优化设计[A];首届全国航空航天领域中的力学问题学术研讨会论文集(下册)[C];2004年
10 周克民;李霞;;采用Hermite矩形单元建立类桁架连续体[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张春玉;预应力空间网格结构优化理论及可靠性分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 段志东;基于广义模块化设计的快锻液压机机架力学特性研究[D];兰州大学;2010年
3 乔赫廷;连续体结构拓扑优化模型讨论及其应用[D];大连理工大学;2011年
4 林鹏;质子交换膜燃料电池电堆的热力耦合封装力学研究[D];大连理工大学;2011年
5 李冬梅;多场耦合及多相材料的柔顺机构拓扑优化研究[D];华南理工大学;2011年
6 刘孝保;电子设备动态性能有限元建模与优化方法研究[D];电子科技大学;2011年
7 陈世民;桥梁监测系统中海量数据分析理论与应用[D];重庆大学;2011年
8 高欣;在役钢管混凝土拱桥吊杆损伤与系统可靠性分析方法[D];哈尔滨工业大学;2011年
9 茅志颖;结构动力学设计渐进优化方法研究[D];南京航空航天大学;2010年
10 唐旭晖;压电加速度计有限元模型及其应用研究[D];燕山大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李伟;基于ANSYS平台的拓扑优化方法研究及其在离心机吊篮结构设计中的应用[D];中国工程物理研究院;2010年
2 吴锦龙;有限元软件框架研究及其在线性静力学程序中的应用[D];中国工程物理研究院;2010年
3 闫利利;起重机箱形梁的拓扑优化研究[D];郑州大学;2010年
4 赵二鑫;车削中心静动热特性分析及床鞍结构优化设计[D];大连理工大学;2010年
5 刘玚;面向机身颤振模型的结构拓扑优化方法研究[D];大连理工大学;2010年
6 李枫;钢框架住宅结构体系优化的对比分析[D];辽宁工程技术大学;2009年
7 李伟湘;基于二次规划法的连续体结构拓扑优化方法及其应用研究[D];长沙理工大学;2010年
8 陈敏;基于EFG法的连续体结构模态拓扑优化研究[D];湘潭大学;2010年
9 李京涛;基于改进遗传算法的桁架结构拓扑优化研究[D];河北工程大学;2010年
10 赵文争;基于响应面法索穹顶结构的可靠度研究[D];浙江大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 隋允康;杨德庆;;A NEW METHOD FOR STRUCTURAL TOPOLOGICAL OPTIMIZATION BASED ON THE CONCEPT OF INDEPENDENT CONTINUOUS VARIABLES AND SMOOTH MODEL[J];Acta Mechanica Sinica;1998年02期
2 隋允康;于新;;THE TOPOLOGICAL OPTIMIZATION FOR TRUSS STRUCTURES WITH STRESS CONSTRAINTS BASED ON THE EXIST-NULL COMBINED MODEL[J];Acta Mechanica Sinica;1998年04期
3 高自友,吴方,赖炎连;非线性最优化中超线性收敛的序列线性方程组方法[J];北方交通大学学报;1995年04期
4 刘相斌,孟庆春;拉压不同模量有限元法的收敛性分析[J];北京航空航天大学学报;2002年02期
5 滕召波,张世永,陈华富,何光中;非线性规划一般约束条件的SQP方法[J];电子科技大学学报;2001年01期
6 钱令希,钟万勰;结构优化设计的一个方法[J];大连工学院学报;1979年01期
7 隋允康,钟万勰,钱令希;杆-膜-梁组合结构优化的DDDU-2程序系统[J];大连工学院学报;1983年01期
8 张允真;王志锋;;不同拉压弹性模量刚架的算法[J];大连理工大学学报;1989年01期
9 杨海天,邬瑞锋,杨克俭,张允真;初应力法解拉压双弹性模量问题[J];大连理工大学学报;1992年01期
10 程耿东;关于桁架结构拓扑优化中的奇异最优解[J];大连理工大学学报;2000年04期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 杜家政;隋允康;;基于应力约束全局化的框架结构拓扑优化[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 叶红玲;连续体结构静力拓扑优化方法与软件开发[D];北京工业大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 武金瑛;遗传算法及其在结构优化中的应用[D];大连理工大学;2000年
2 金雪燕;板壳截面优化的理论与基于MSC/NASTRAN的软件二次开发[D];北京工业大学;2003年
3 陈继华;膜结构截面优化的理论及其在MSC.Nastran上的软件二次开发[D];北京工业大学;2003年
4 王磊;结构优化中的遗传算法研究和应用[D];河北工业大学;2004年
5 李哲斐;钢岔管结构的优化设计[D];河海大学;2005年
6 马少坤;超高水头双钢衬钢筋混凝土引水压力管道的研究[D];广西大学;2005年
7 刘春良;桁架和框架结构的稳定性分析与优化设计[D];大连理工大学;2006年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前7条
1 赵颖;朱进;李涛;李玉梅;;CRH2型动车组高压隔离开关绝缘子ANSYS分析[J];电力机车与城轨车辆;2011年03期
2 于波;邵传义;汪振双;;浅谈离散变量改进算法的结构优化设计[J];山西建筑;2007年20期
3 李炳宏;李新;;基于ANSYS分析的平面桁架结构优化设计[J];山西建筑;2007年20期
4 庞嘉;刘影;杨鑫;;基于ANSYS的空间轴对称分析[J];山西建筑;2010年15期
5 李伟;郝志明;;基于ANSYS的质量质心测量装置定位结构优化设计[J];山西建筑;2010年21期
6 李枫;;基于APDL语言某钢结构住宅优化设计[J];中国新技术新产品;2009年24期
7 何惠江;李楠;;基于APDL的鱼雷壳体结构参数化建模[J];鱼雷技术;2010年04期
中国重要会议论文全文数据库 前3条
1 胡卫兵;杜保平;李福强;;基于ANSYS的遗传算法在结构优化设计中的应用分析[A];结构及多学科优化工程应用与理论研讨会’2009(CSMO-2009)论文集[C];2009年
2 李福强;胡卫兵;;基于ANSYS的结构优化设计[A];第16届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅰ册)[C];2007年
3 刘冬霞;梁力;李明;;起重机桥架主梁结构优化设计[A];第18届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ册[C];2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘可心;基于APDL铁路客车车体参数化结构分析研究[D];大连交通大学;2010年
2 张成玉;基于ANSYS的起落架减震支柱设计技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
3 杜保平;基于ANSYS的遗传算法在框架结构优化中的应用[D];西安建筑科技大学;2011年
4 郭欢;12500kN/3500kN 组合式油压机机架结构优化[D];燕山大学;2012年
5 郭继文;螺旋钻采煤机输送机构振动特性和输送性能的研究[D];辽宁工程技术大学;2011年
6 翟镇;ZJ50L钻机新型井架优化设计[D];西安石油大学;2010年
7 司媛媛;真空自耗炉提升机构的参数化设计及优化[D];东北大学;2009年
8 郭小玲;基于能量的异型空间结构优化建模方法[D];浙江大学;2006年
9 柳春山;跨越抽油机基础的修井钻台研究[D];大庆石油大学;2006年
10 张伟;杆、梁、膜、板壳等多单元组合结构截面优化程序的集成研发[D];北京工业大学;2006年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 夏人伟;桁架优化设计的一种新方法[J];北京航空学院学报;1981年03期
2 夏人伟 ,黄季墀;结构设计中的广义最优准则法[J];北京航空学院学报;1982年04期
3 钱令希,钟万勰,隋允康,张近东;多单元、多工况、多约束的结构优化设计──DDDU程序系统[J];大连工学院学报;1980年04期
4 隋允康,钟万勰,钱令希;杆-膜-梁组合结构优化的DDDU-2程序系统[J];大连工学院学报;1983年01期
5 隋允康,彭克俭;桁架结构离散变量优化的实用方法和程序实现[J];大连工学院学报;1986年01期
6 许强,孙焕纯;离散变量桁架结构优化设计的组合算法[J];大连理工大学学报;1991年06期
7 隋允康,阳志光;应用两点有理逼近改进的牛顿法和对偶法[J];大连理工大学学报;1994年01期
8 程耿东,张东旭;受应力约束的平面弹性体的拓扑优化[J];大连理工大学学报;1995年01期
9 孙焕纯,王跃方,黄吉锋;离散变量桁架的形状优化设计[J];大连理工大学学报;1995年01期
10 郑飞,叶尚辉;科学可视化──直观而自然的信息表示科学[J];电子科技导报;1994年06期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 隋允康;乔志宏;杜家政;;采用相似变换解决含压杆稳定约束的桁架满应力设计[J];工程力学;2005年06期
2 Shan Somayaji ,樊文林;预应力混凝土受弯构件设计[J];世界桥梁;1986年03期
3 刘齐茂;;带筋支撑板的优化设计[J];机械设计与制造;2006年02期
4 刘齐茂;唐咸远;;基于满应变准则的受应力约束三维弹性体拓扑优化[J];机械设计;2006年04期
5 闫凯;周克民;;类桁架结构的多工况应力约束拓扑优化设计[J];华侨大学学报(自然科学版);2009年06期
6 叶红玲;隋允康;;应力约束下连续体结构拓扑优化的ICM方法[J];北京工业大学学报;2005年S1期
7 庄才敖;荣见华;李东斌;;考虑应力和频率要求的车架结构拓扑优化设计[J];汽车工程;2008年05期
8 叶红玲;隋允康;杜家政;边炳传;;应力约束下汽车车架结构的拓扑优化设计[J];北京工业大学学报;2006年S1期
9 邓扬晨;;几何优化在小型飞机起落架结构设计中的应用[J];力学与实践;2008年01期
10 尹向前;李艳锋;高宝东;米绪军;;应力约束条件下Ti_(49.8)Ni_(50.2)合金的逆相变行为[J];机械工程材料;2009年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 乔志宏;杜家政;隋允康;;含压杆局部稳定约束的桁架满应力设计在NASTRAN上的程序实现[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ册[C];2003年
2 张伟;隋允康;杜家政;;强度约束下的组合结构截面优化[A];北京力学学会第12届学术年会论文摘要集[C];2006年
3 陈继华;隋允康;杜家政;;膜结构的截面优化在MSC/NASTRAN上的二次开发[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ册[C];2003年
4 隋允康;乔志宏;叶宝瑞;;桁架结构截面优化满应力设计方法[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ册[C];2003年
5 唐乃梅;隋允康;;基于响应面法的膜结构的截面优化[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
6 喻怀中;王彦明;;桁架拱渡槽的后评价和设计优化[A];第三届全国结构工程学术会议论文集(下)[C];1994年
7 杜家政;阳志光;隋允康;龙连春;;基于响应面法的“井”字梁结构优化[A];北京力学会第13届学术年会论文集[C];2007年
8 刘晓迪;隋允康;宇慧平;孙海龙;;每个设计变量控制多个单元的应力约束板壳结构拓扑优化模型[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年
9 杜家政;隋允康;;基于应力约束全局化的框架结构拓扑优化[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
10 隋允康;叶红玲;;连续体结构拓扑优化应力约束凝聚化的ICM方法[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(上)[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 陈联盟;Kiewitt型索穹顶结构的理论分析和试验研究[D];浙江大学;2005年
2 胡三宝;多学科拓扑优化方法研究[D];华中科技大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 乔志宏;桁架结构截面优化的理论与软件[D];北京工业大学;2002年
2 金雪燕;板壳截面优化的理论与基于MSC/NASTRAN的软件二次开发[D];北京工业大学;2003年
3 张伟;杆、梁、膜、板壳等多单元组合结构截面优化程序的集成研发[D];北京工业大学;2006年
4 陈继华;膜结构截面优化的理论及其在MSC.Nastran上的软件二次开发[D];北京工业大学;2003年
5 白海波;基于响应面法的板壳结构优化及在Strand7软件上二次开发[D];北京工业大学;2005年
6 黄冀卓;基于遗传算法的钢结构截面优化[D];汕头大学;2003年
7 杜涛;长悬臂钢结构应变测试及分析与优化研究[D];天津大学;2004年
8 王勇;基于微粒群算法的桁架结构优化设计[D];同济大学;2008年
9 刘桂林;大跨钢管混凝土刚架系杆拱桥主拱优化设计[D];中南大学;2009年
10 王润泽;基于位移及应力约束的连续体结构静力拓扑优化[D];哈尔滨工业大学;2010年
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