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复杂结构协同优化理论、方法及技术的研究

钱仲焱  
【摘要】: 随着科学技术的发展,机械装设备也日益向高速、高效、精密、轻量化和自动化方向发展。机械系统的结构日趋复杂,为了能安全可靠地工作,必须具有良好的静、动态性能。同时,机械工作时的振动与噪声会损害操作者的身心健康,污染环境,亦是一个需要致力解决的社会问题。基于传统静态方法设计出来的产品难以达到这样的要求,在复杂多变甚至恶劣的环境下工作的大型机械系统更是如此。因而,必须对机械装备进行静态、动态设计,以满足机械结构静、动态特性与低振动、低噪声的要求。然而,国内、国外系统地研究复杂结构静态、动态组合优化的工作并不多见。因而,有必要系统、全面地研究静态、动态性能如何合理耦合匹配,静态、动态组合优化如何合理运用现代并行设计思想提高优化效率,静、动态优化的设计约束如何合理处理等等一系列问题。 本文在广泛了解和学习静动态协同优化技术和相关学科的基础上,深入研究了静动态协同优化的基本问题,针对其专业特点,提出并初步实现了基于多AGENT技术的静动态协同优化系统。主要工作内容如下: 在结构静动态协同优化的建模理论和方法方面: 首先,提出了面向复杂机械系统广义优化的有限元模型建模策略。其中的结构瞬态响应有限元分析模型分为两个层次的模型,其网格数据分别来自于静态和模态分析有限元模型,在载荷数据上具备内在继承连续性。从而构成了各模型间的相互关系。依此策略建立的两级有限元模型能支持静态、模态和动力响应分析同时并行、协作进行,对于提高优化系统的效率有较大的意义。 其次,提出了一种新的基于谱约束下矩阵最佳逼近理论的有限元分析模型修正的方法。该方法以实验获得的不完备模态的谱点为约束,运用Bayes估计原理来处理试验结果误差带来的实验模态可信度问题,求取分析模型的最佳逼近结果,然后获得质量阵的最小修正模型,继而获得结构的修正模型。两个实例的应用说明了该方法的优点。 第三,提出了应用智能遗传算法识别模态参数的方法,将实际工程结构参数映射 摘 要 至由结构刚度阵和质量阵张成的特征空间,使其满足某些最优条件以进行模态识别。 庄勿厨折殆理裕、万法及真庄芳菏静动态厂义觉殆中籽应原友术友瓦 首先,提出了基于多AGENT技术的静动态协同优化思想,从静动态协同优化对系 统要求的角度,洋细分析讨论了结构协同优化的三种模式、动态优化的多层次结构。 以及面向结构优化的有限元分析的复杂性。根据对AGENT系统的分析及协同优化系统 的要求,确定面向静动态协同优化的多AGENT系统的基本架构。 其次,分析了机械系统静动态协同优化这一专业领域中所包含的概念内容。深入 研究了静动态协同优化的本体论构成,构造了静动态协同优化领域对象树及其本体 论表达,为多AGENT间顺畅通信和协作奠定了基础。 第三,系统研究了静动态协同优化多AGENT系统的协同技术。提出了基于递归转 移网络的多任务协同求解方法,结合实例研讨了资源分配冲突和异常处理等基本问 题。系统分析了有限元分析AGENT群体中的协同需求,并提出有限元分析AGENT间 的协作方案,和任务的分解与分配策略。 将基于多AGENT的静动态协同优化系统试用于液压挖掘机工作装置的忧化设计, 得出部分有益的结果。


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