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关键词： 组合优化问题   惯性权重   改进离散粒子群算法   模拟退火算法   约束问题  

摘要： 针对目前管道保温结构优化算法不稳定、结果优化程度不高的问题,建立以经济效益为目标函数,以满足国家散热损失标准等条件为约束函数的离散型数学模型。以BPSO算法为基础改变其位置更新规则,防止种群进化失效;采用自适应权重增加粒子的全局和局部搜索能力;充分利用模拟退火算法的思想避免出现早熟现象。应用改进的算法分别对普通蒸汽管道和核电站的蒸汽管道进行系统仿真实验。结果表明,该算法能够在满足国家散热损失标准等条件下取得最优解,可以为管道保温结构提供合理的优化方案。

关键词： 杆系离散元法   断裂   单层网壳结构   塑性铰模型   韧性断裂损伤模型  

摘要： 塑性铰模型计算效率高,可快速获得结构宏观破坏模式,韧性断裂损伤模型从微观机制揭示钢材的断裂机理,可较准确预测钢材的断裂行为。为此,该文基于杆系离散元理论,将两者联合建立构件断裂模拟算法,既具有计算效率高的优势又保证构件断裂模拟的精度。首先介绍杆系离散元法的基本理论,以及宏观塑性铰模型和微观韧性断裂损伤模型具体计算流程;然后给出将两者联合分析的具体实施策略,即以接触截面边缘最不利点处的应力作为整个截面的应力状态,进而调用韧性断裂损伤模型。最后采用Fortran语言编制相应的分析程序,并通过悬臂梁断裂算例和单层网壳振动台倒塌试验,验证该算法对模拟杆件断裂行为的可行性和有效性。杆系离散元法模拟构件断裂时,截面发生开裂,颗粒间发生脱离是一个自然的过程,无需其他任何修正即可实现结构由连续体状态向断裂后非连续体状态过渡,与有限元方法相比,不存在网格畸变重划分、迭代不收敛的问题,更具计算优势,为大跨空间网壳结构倒塌破坏分析提供新的计算手段。

关键词： 离散煤料   转运系统   输送带带速   曲率半径   磨损  

摘要： 针对离散煤料在转运过程中对结构部件冲击过大,造成磨损严重的问题,通过作用力分析得出转运系统中卸料输送带带速设定、曲率半径参数与煤料对头部挡板及底部衬板的磨损程度具有关联关系。利用离散元仿真软件,对煤料在不同卸料输送带带速、曲率半径参数下的转运状态进行数值模拟。模拟结果表明,头部挡板、底部衬板的磨损随卸料输送带带速的增加而增加,若卸料输送带带速调整数值超过推荐带速的20%时,需调整头部挡板的物理距离,控制煤流转运轨迹;当卸料输送带带速增加时,煤料对底部衬板的磨损影响程度较小;不同曲率半径对底部衬板的磨损位置、面积均有较大影响,曲率半径与底部衬板的磨损深度成反比,当曲率半径超过一定数值时,煤料对底部衬板的磨损影响程度减弱。

关键词： 离散不适定问题   广义Krylov子空间   t-积   正则化  

摘要： 本文讨论了基于三阶张量的t-积形式,将广义Krylov子空间方法在解决大规模线性离散不适定问题中的应用。针对于离散不适定问题,首先确定正则化参数,并将一系列投影应用到广义的Krylov子空间上。数据张量是一般的三阶张量或由横向定向矩阵定义的张量。在数值例子和彩色图像修复中的应用说明了该方法的有效性。

关键词： 松弛算法   整数规划   规划算法   拓扑优化   移动渐近线方法   等式约束   方法依赖   线性约束  

摘要： 序列近似整数规划方法通过求解一系列可分离的近似整数规划子问题成功求解多类大规模拓扑优化问题.然而,这些近似子问题的解析求解依靠正则松弛算法,正则松弛算法要求子问题必须由二次或线性的目标函数以及线性的约束函数构成.同时,序列近似整数规划方法依赖于体分比下降策略,这使得其难以处理不包含体分比约束的拓扑优化问题.为进一步地完善序列近似整数规划算法,我们受移动渐近线方法的启发,引入经典的序列保守近似规划,以获得一系列可行性稳步提升的设计,这个新方法称作序列保守近似整数规划算法.新方法会产生一系列包含倒数设计变量的非线性的近似整数规划子问题,并通过调整渐近线控制子问题的保守性。由于正则松弛算法不能求解非线性子问题,一种基于KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件的简单的设计变量更新准则被给出.基于上述思想,序列保守近似整数规划算法不依靠体分比约束等线性约束就可以获得稳定的优化过程,由此可以用来求解复杂的离散变量拓扑优化问题.多类不同需求的拓扑优化问题被解决,包括考虑等式约束及非等式约束的、以及考虑有效的及无效的体分比约束的问题.数值结果证明,由于保守性的引入,整个优化收敛进程可以自适应地调节无需额外的结构分析.

关键词： 旋耕刀   EDEM离散元   切削土壤  

摘要： 【目的】解决茶园微耕机旋耕刀切削土壤阻力导致的功耗大问题,提高茶叶生产机械化水平,降低茶叶生产成本。【方法】1)采用EDEM离散元法对旋耕刀进行切土仿真,建立旋耕刀-土壤离散元模型,分析不同旋耕刀的切土性能;2)以旋耕刀的弯折角β、弯折半径r和正切刃端面高度h三个参数为试验因子,以作业功耗为评价指标,采用正交试验方法对旋耕刀结构参数进行优化设计,并进行切削土壤仿真试验,仿真得到优化前旋耕刀平均峰值功耗为1.607 kW。【结果】正交试验结果表明,当弯折角β=114.9°、弯折半径r=29.6 mm、正切刃端面高度h=38.8 mm时,平均峰值功耗取得最小值1.381 kW,旋耕机切削功耗较优化前降低了14.06%,与计算得到的理论值1.370 kW的误差为0.8%。【结论】优化后旋耕刀切削土壤的功耗降低,验证了旋耕刀结构参数优化的合理性,可为茶园微耕机旋耕刀的改进设计提供研究基础。

关键词： 纤维取向   设计变量   协同优化   插值方法   DCP   材料优化   拓扑优化   结构拓扑  

摘要： 结构和材料方向的并行拓扑优化是过去几十年来的一个热门话题.然而,如何避免此类问题掉入局部最优相当具有挑战性。为了解决这个问题,我们在以前的工作中提出了一种将离散材料优化方法和连续纤维取向优化方法相结合的方法,称之为离散-连续参数化(DCP),该方法同时继承了离散方法的全局搜索能力和连续方法的全设计空间然而,DCP方法需要太多设计变量,导致了巨大的计算负担.因此,我们在本工作中提出了一种改进的DCP方法,以减少设计变量的数量,同时又不牺牲优化问题的凸性。在该方法中,我们提出了一种扩展的多材料插值方法,该方法能够大大减少设计变量的数量。然后,我们将所提出的插值方法集成到DCP方法中,最终建立了结构拓扑和纤维取向协同优化的改进DCP方法.几个基准优化实例表明,该方法可以在能大大降低陷入局部最优的风险的同时,使用更少的设计变量.

关键词： MIMO天线阵列   宽带去耦   Monocone天线   WiFi6   离散结构   中和线  

摘要： 在5G无线通信领域,多输入多输出(Multi-Input Multi-Output,MIMO)天线系统广泛应用,以提高通信速率、增加信道容量。然而,近年来许多5G相关设备,如移动终端和基站的天线阵列,都被安置在有限的物理空间内,天线单元之间的距离不可避免的缩小,当天线之间的距离过近时,会引发强烈的相互耦合问题,互耦会导致天线的辐射效率降低,辐射模式被扭曲。鉴于MIMO天线阵列中存在强耦合问题,解决MIMO天线阵列的耦合问题已经成为当务之急。以下是本文的主要内容概述: 1、随着移动通信技术的不断发展,已经明确MIMO技术在移动通信系统中的至关重要地位。本文介绍了一些用于评估天线性能的关键参数,并总结了国内外研究团队在去耦领域的最新研究现状和近期研究成果。此外,本文分析了常用的MIMO天线去耦技术的原理,并阐明其优缺点。 2、本文提出了一种能够完全覆盖WiFi6频段的双频宽带去耦Monocone MIMO天线阵列。提出了可靠的等效电路模型,用于解释去耦原理并进一步指导去耦结构的优化。测试结果显示天线具有完全覆盖WiFi6频段的双频宽带阻抗带宽,并在工作频带内有超过1GHz的宽去耦带宽,同时良好的包络相关系数(ECC)证明了设计的天线阵列具有良好的分集性能。 3、本文提出了一种基于离散结构的宽带去耦中和线技术。离散结构由多个排列整齐的金属小方块组成,相邻金属小方块具有两种不同的连接状态。借助遗传算法进行优化,得到了最优的一组连接状态。实验结果表明,添加去耦中和线与未添加的情况相比,去耦阵列获得了17dB的隔离度提升。

关键词： 岩石力学   块系岩体   摆型波   旋转波   层次结构   频散关系   Cosserat理论  

摘要： 岩体是由软弱结构层分割的各种尺度的岩块相互嵌套形成，具有复杂的层次结构，对岩体动力变形及应力波传播具有显著影响。针对具有复杂层次结构的块系岩体，基于Cosserat理论建立摆型波与旋转波的动力模型，确定层次结构对动力变形的影响。进一步，针对摆型波的低频、低速特征，基于Bloch定理确定并求解不同层次结构中波的频散方程，研究波的频散关系及速度特征。最后，基于固体能带理论揭示摆型波低频特性的力学机制，并基于研究结果讨论摆型波及旋转波诱发冲击地压的可能性。研究表明：忽略岩体高阶层次结构将低估岩体的位移及其整体变形，计算结果偏于不安全。长波扰动作用下，高阶层次结构中第一模态摆型波(对应声学支)频散现象不显著，其传播速度降低，岩体内部高阶层次结构阻碍波的传播；其他波(对应光学支)频散现象极其显著，几乎不能独立存在并传播；低频摆型波为波的主要形式，比高阶模态波及传统的P波、S波衰减速度更慢、传播距离更远。

关键词： 宽大结构物   平整冰   模型试验   离散元方法  

摘要： 全球气候变化和北极等寒区资源开发的加速,理解海冰-宽大结构物的相互作用作用变得越来越重要。本文主要研究了寒区海洋环境中宽大结构物所承受的冰载荷特性,通过离散元模拟方法来分析海冰与宽大结构物相互作用的载荷分布。通过理论分析、模型实验和数值模拟,深入探讨海冰的物理力学特性及其与宽大结构物的相互作用。 研究首先通过实验方法,详细研究了平整柱状模型冰在单轴压缩条件下的破坏模式。实验中探索了不同的应变率和温度条件对模型冰破坏行为的影响,不同的加载方向模型冰会表现出不同破环方式,展现了柱状冰各向异性的特点。通过实验发现,冰的破坏模式从韧性破坏到脆性破坏的转变,主要与应变率有关。 随后本文进行了锥形冰的压缩破坏实验和离散元模拟。研究了压缩条件下锥形冰破坏过程中的载荷分布以及不同条件下的破坏模式,研究中发现锥角大小和加载速率都会影响冰的破坏模式。通过离散元模拟,成功复现了实验观察到的破坏形式,并验证了离散元模拟方法的有效性。 本文的研究核心部分是对平整冰-宽大结构物相互作用时冰载荷的分布特性的研究。通过离散元对平整冰-宽大结构物进行模拟并与不同规范计算出的数值进行对比,证明了离散元方法的可靠性,并研究了结构形状以及冰厚和冰速等因素对宽大结构物冰载荷的影响。模拟结果表明,通过调整结构的形状可以影响冰载荷的分布。 通过本文的一系列模型实验和数值模拟研究,在缺乏现场实测数据时可以通过离散元方法对平整冰-宽大结构物进行数值模拟,可以为冰区宽大结构的设计提供理论支持。