基于有限元法的结构优化设计 原理与工程应用PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1结构优化概述 1

1.2结构优化的发展概况 2

1.3结构优化的关键技术 4

参考文献 5

第2章 结构优化设计的数学模型 7

2.1结构优化设计的简单示例 7

2.2优化设计的数学模型 9

2.2.1设计变量 9

2.2.2约束条件 10

2.2.3目标函数 11

2.2.4结构优化设计的数学模型 11

2.3优化数学模型的形成及其与有限元计算的关系 12

2.4结构优化设计的基本过程 19

参考文献 20

第3章 优化设计数学模型的求解方法简介 21

3.1线性规划 21

3.1.1线性规划的标准形式 22

3.1.2单纯形法 23

3.2无约束优化方法 26

3.2.1无约束优化方法简介 26

3.2.2牛顿法 26

3.3有约束优化问题的解法 28

3.3.1惩罚函数的性质和构造 29

3.3.2迭代算法 29

3.4基于离散变量的优化方法 31

3.4.1整数变量优化问题的数学描述 32

3.4.2分枝定界法 34

3.4.3离散变量优化方法新进展 35

参考文献 36

第4章 有限元法简介 37

4.1弹性力学基本方程 37

4.1.1平面问题基本方程 37

4.1.2三维问题基本方程 41

4.2平面线弹性静力有限元法简介 43

4.3常用单元类型简介 49

4.3.1等参单元 49

4.3.2杆单元 58

4.3.3梁单元 59

4.3.4板单元 62

4.3.5壳单元 69

4.4动力有限元法简介 72

4.4.1动力有限元基本方程 72

4.4.2质量矩阵和阻尼矩阵及其对设计变量的导数 74

4.4.3结构自由振动计算 76

4.4.4结构动力有限元计算 77

参考文献 79

第5章 静力优化设计的灵敏度计算 80

5.1静力位移灵敏度计算方法 80

5.1.1全局差分法 80

5.1.2半解析法 83

5.1.3数值解析法——基于有限元计算公式的方法 85

5.2单元刚度矩阵对设计变量的导数 90

5.2.1平面等参单元刚度矩阵对设计变量的导数 90

5.2.2三维等参单元刚度矩阵对设计变量的导数 92

5.2.3杆单元刚度矩阵对设计变量的导数 95

5.2.4梁单元刚度矩阵对设计变量的导数 95

5.2.5板壳单元刚度矩阵对设计变量的导数 97

5.3静力应力灵敏度计算 98

5.3.1全局差分法 98

5.3.2半解析法 98

5.3.3数值解析法 99

5.4静力应力灵敏度算例 103

参考文献 108

第6章 动力优化设计的灵敏度计算 109

6.1结构固有频率灵敏度计算 109

6.1.1固有频率灵敏度 109

6.1.2固有频率灵敏度算例 110

6.2动力位移灵敏度计算 114

6.2.1动力位移灵敏度公式 114

6.2.2动力位移灵敏度算例 115

6.3动力应力灵敏度计算 121

6.3.1动力应力灵敏度的计算方法 121

6.3.2动力应力灵敏度算例 123

参考文献 124

第7章 简单结构的优化设计简例 126

7.1结构静力优化设计 126

7.2结构频率优化设计 134

7.3结构动力优化设计 139

参考文献 144

第8章 结构优化设计的技巧和策略 146

8.1结构优化数学模型建立的原则和方法 146

8.1.1结构优化设计的基本要素 146

8.1.2结构优化设计的一般过程 147

8.1.3结构优化问题举例 147

8.2设计变量的选择原则和离散化处理 149

8.2.1设计变量的选择 149

8.2.2设计变量的标准化处理 150

8.3优化设计方法选择 150

8.3.1数学优化方法的选择 150

8.3.2系统优化设计的策略 151

8.3.3收敛精度设置 152

8.4优化设计结果分析 153

8.4.1计算结果分析 153

8.4.2灵敏度分析 154

参考文献 155

第9章 结构优化设计程序开发简介 156

9.1全差分法的结构优化设计程序 156

9.2数值解析法的结构优化设计程序 158

9.2.1结构优化设计程序总体结构 158

9.2.2程序模块简介 161

9.2.3程序实现概况 163

9.2.4静力灵敏度计算的程序实现 163

9.2.5动力灵敏度计算的程序实现 167

9.2.6频率灵敏度计算的程序实现 170

9.3与三维CAD集成及程序间接口 173

9.3.1与三维CAD集成 173

9.3.2不同编程语言程序间的连接 174

9.3.3数据结构及传递 174

参考文献 174

第10章 工程结构优化设计实例 176

10.1综合采煤液压支架底座结构优化设计 176

10.2大型齿轮箱结构优化设计 180

10.3U形穿黄渡槽结构静力优化设计 184

10.4某导弹试验台架频率结构优化 187

10.5高方平筛机架动力优化设计 190

10.6拼焊齿轮箱箱体动力位移响应优化设计 195

参考文献 198

第11章 ANSYS结构优化设计简介 200

11.1ANSYS结构优化的基本概念和要求 200

11.2ANSYS结构优化的基本过程 201

11.2.1建立参数化有限元分析文件 201

11.2.2执行优化计算的方法和过程 204

11.2.3查看和选取优化结果 207

11.2.4确定并检验优化结果 210

11.3交互式ANSYS结构优化算例 210

11.3.1交互式执行参数化有限元分析 210

11.3.2基于交互式操作建立参数化有限元分析文件 217

11.3.3交互式方式执行优化计算 218

参考文献 221

索引 222