结构半解析灵敏度改进算法及SiPESC上的实现
发布时间：2021-09-03 12:16
灵敏度分析是使用基于梯度算法求解结构优化问题的重要组成部分。高精度、高效率、通用性强的灵敏度分析方法有助于便捷快速地实现优化过程。半解析灵敏度分析方法相较全局差分方法,具有更高的效率,相比解析方法具有更强的通用性以及程序实现的简便性,已经广泛应用于结构优化问题当中。但传统半解析分析方法基于单元级别,需提取摄动前后两组结构矩阵,影响效率。此外,在单元刚度矩阵有效数字位数受限时,又会严重影响灵敏度计算精度。针对上述问题,本文在程耿东院士的指导下,提出结构优化半解析灵敏度分析改进算法。首先从静力位移及应力问题入手,将传统基于单元级别灵敏度列式转换到结构总体级别,并给出了算法实施途径;然后将此思路推广于自振、屈曲非重特征值、瞬态响应灵敏度等多种问题,提出了相应的计算步骤。以梁单元与壳单元等构造的典型结构为例,开展了多个算例测试。测试表明改进算法计算精度和效率均有提升,特别是针对设计变量步长有更大的数值稳定区域,此特点尤其适用于非结构化网格建模的形状优化问题,保持其摄动前后网格的一致性。为复杂工程结构的形状优化灵敏度分析提供了新途径。其后,针对形状设计变量半解析方法灵敏度分析产生的误差问题进行探...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景、目的及意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究目的及意义
1.2 国内外研究历史及发展现状
1.3 论文研究内容及章节安排
2 传统半解析灵敏度分析方法
2.1 静力问题
2.2 非重特征值问题
2.3 瞬态响应问题
2.4 本章小结
3 改进半解析灵敏度分析方法
3.1 静力问题
3.2 非重特征值问题
3.3 瞬态响应问题
3.4 算例测试
3.4.1 精度测试
3.4.2 效率测试
3.5 本章小结
4 形状设计变量半解析灵敏度分析
4.1 误差产生原理[26]
4.2 误差修正方法一——RSA[27]
4.3 误差修正方法二——ESA[31]
4.4 ESA改进方法
4.5 刚体位移推导
4.5.1 梁单元刚体位移推导
4.5.2 壳单元刚体位移推导
4.6 算例测试
4.6.1 精度测试
4.6.2 效率测试
4.7 本章小结
5 偏置加筋板壳结构半解析灵敏度分析
5.1 偏心距对有限元结构响应的影响
5.1.1 偏心距对有限元结构响应的影响
5.1.2 偏心距对结构灵敏度值得影响
5.2 传统与改进半解析法在加筋壳上的应用
5.2.1 测试算例
5.3 本章小结
6 改进半解析方法在SiPESC平台上的实现
6.1 脚本实现
6.1.1 脚本调用流程
6.2 灵敏度分析插件算法框架
6.2.1 插件调用流程
6.3 SiPESC平台优化算例
6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]多级多受灾点连续消耗应急物资调度优化策略[J]. 张力丹,李超,陈飙松,李杰. 大连理工大学学报. 2017(05)
[2]等几何壳体分析与形状优化[J]. 张升刚,王彦伟,黄正东. 计算力学学报. 2014(01)
[3]基于改进遗传算法和序列二次规划的再入轨迹优化[J]. 张鼎逆,刘毅. 浙江大学学报(工学版). 2014(01)
[4]山地车车架结构灵敏度分析及优化设计[J]. 陈敏,张华伟,吴智恒,郑振兴. 机械设计与制造. 2013(10)
[5]基于网格变形技术的白车身多目标形状优化[J]. 方剑光,高云凯,王婧人,王园. 机械工程学报. 2012(24)
[6]面向集成化CAE软件开发的SiPESC研发工作进展[J]. 张洪武,陈飙松,李云鹏,张盛,彭海军. 计算机辅助工程. 2011(02)
[7]Recent development in structural design and optimization[J]. Xu Guo·Geng-Dong Cheng State Key Laboratory of Structural Analysis for Industrial Equipment,Department of Engineering Mechanics,Dalian University of Technology, Dalian 116023,China. Acta Mechanica Sinica. 2010(06)
[8]基于改进的灵敏度分析的有限元优化技术研究[J]. 易龙,彭云,孙秦. 机械强度. 2008(03)
[9]结构形状优化设计数值方法的研究和应用[J]. 顾元宪,程耿东. 计算结构力学及其应用. 1993(03)
[10]梁的半解析法计算灵敏度的误差分析[J]. 程耿东,刘英卫. 大连理工大学学报. 1989(04)
本文编号：3381096
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景、目的及意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究目的及意义
1.2 国内外研究历史及发展现状
1.3 论文研究内容及章节安排
2 传统半解析灵敏度分析方法
2.1 静力问题
2.2 非重特征值问题
2.3 瞬态响应问题
2.4 本章小结
3 改进半解析灵敏度分析方法
3.1 静力问题
3.2 非重特征值问题
3.3 瞬态响应问题
3.4 算例测试
3.4.1 精度测试
3.4.2 效率测试
3.5 本章小结
4 形状设计变量半解析灵敏度分析
4.1 误差产生原理[26]
4.2 误差修正方法一——RSA[27]
4.3 误差修正方法二——ESA[31]
4.4 ESA改进方法
4.5 刚体位移推导
4.5.1 梁单元刚体位移推导
4.5.2 壳单元刚体位移推导
4.6 算例测试
4.6.1 精度测试
4.6.2 效率测试
4.7 本章小结
5 偏置加筋板壳结构半解析灵敏度分析
5.1 偏心距对有限元结构响应的影响
5.1.1 偏心距对有限元结构响应的影响
5.1.2 偏心距对结构灵敏度值得影响
5.2 传统与改进半解析法在加筋壳上的应用
5.2.1 测试算例
5.3 本章小结
6 改进半解析方法在SiPESC平台上的实现
6.1 脚本实现
6.1.1 脚本调用流程
6.2 灵敏度分析插件算法框架
6.2.1 插件调用流程
6.3 SiPESC平台优化算例
6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]多级多受灾点连续消耗应急物资调度优化策略[J]. 张力丹,李超,陈飙松,李杰. 大连理工大学学报. 2017(05)
[2]等几何壳体分析与形状优化[J]. 张升刚,王彦伟,黄正东. 计算力学学报. 2014(01)
[3]基于改进遗传算法和序列二次规划的再入轨迹优化[J]. 张鼎逆,刘毅. 浙江大学学报(工学版). 2014(01)
[4]山地车车架结构灵敏度分析及优化设计[J]. 陈敏,张华伟,吴智恒,郑振兴. 机械设计与制造. 2013(10)
[5]基于网格变形技术的白车身多目标形状优化[J]. 方剑光,高云凯,王婧人,王园. 机械工程学报. 2012(24)
[6]面向集成化CAE软件开发的SiPESC研发工作进展[J]. 张洪武,陈飙松,李云鹏,张盛,彭海军. 计算机辅助工程. 2011(02)
[7]Recent development in structural design and optimization[J]. Xu Guo·Geng-Dong Cheng State Key Laboratory of Structural Analysis for Industrial Equipment,Department of Engineering Mechanics,Dalian University of Technology, Dalian 116023,China. Acta Mechanica Sinica. 2010(06)
[8]基于改进的灵敏度分析的有限元优化技术研究[J]. 易龙,彭云,孙秦. 机械强度. 2008(03)
[9]结构形状优化设计数值方法的研究和应用[J]. 顾元宪,程耿东. 计算结构力学及其应用. 1993(03)
[10]梁的半解析法计算灵敏度的误差分析[J]. 程耿东,刘英卫. 大连理工大学学报. 1989(04)
本文编号：3381096
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