工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用

　柴山，山東理工大學(xué)工學(xué)的博士、教授，主要從事結(jié)構(gòu)優(yōu)化及系統(tǒng)動(dòng)力仿真方面的研究工作。尚曉江，工學(xué)博士，安世亞太公司技術(shù)經(jīng)理，主要從事結(jié)構(gòu)數(shù)值仿真及ANSYS軟件的技術(shù)支持和咨詢工作。剛憲約，1977年10月出生，山東理工大學(xué)副教授。2002年獲得大連理工大學(xué)工程力學(xué)專業(yè)工學(xué)碩士學(xué)位；2005年獲得浙江大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)工學(xué)博士學(xué)位；2009-2011年在吉林大學(xué)博士后流動(dòng)站、中通客車博士后工作站從事大客車結(jié)構(gòu)優(yōu)化與碰撞安全性研究；2012年在美國(guó)Cincinnati大學(xué)的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)研究實(shí)驗(yàn)室（UC-SDRL）從事訪學(xué)研究，2014年在西北工業(yè)大學(xué)飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)與強(qiáng)度技術(shù)國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室從事訪學(xué)研究。先后主持省部級(jí)項(xiàng)目4項(xiàng)，發(fā)表論文30余篇，出版譯著《試驗(yàn)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)》、專著《車輛結(jié)構(gòu)有限元分析》，主持山東省精品課程《汽車振動(dòng)與噪聲》。

第1章結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的概念1

1.1結(jié)構(gòu)1

1.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2

1.3結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)3

1.4結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究、應(yīng)用概況5

1.5結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件7

第2章結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型8

2.1設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)、約束條件8

2.2可行域、可行集、目標(biāo)函數(shù)等值面14

2.3結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)15

2.4幾種解決方案15

第3章基于準(zhǔn)則法的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)25

3.1滿應(yīng)力準(zhǔn)則25

3.2滿位移準(zhǔn)則法41

3.3能量準(zhǔn)則48

第4章離散變量結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)52

4.1概述52

4.2離散變量?jī)?yōu)化問(wèn)題的可行集與最優(yōu)解53

4.3離散變量結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)57

4.4離散變量結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一維斐波那契搜索算法61

4.5離散變量結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的序列二級(jí)算法68

4.6離散變量結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的相對(duì)差商法69

第5章結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)95

5.1概述95

5.2桿系結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)96

5.3連續(xù)體的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)111

第6章結(jié)構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)124

6.1多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)的概念124

6.2多目標(biāo)優(yōu)化算法126

工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用目錄6.3結(jié)構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)132

第7章ANSYS結(jié)構(gòu)分析基礎(chǔ)134

7.1ANSYS結(jié)構(gòu)分析的理論背景134

7.2ANSYS結(jié)構(gòu)分析模型的構(gòu)建141

7.3ANSYS結(jié)構(gòu)分析要點(diǎn)及例題149

第8章基于Mechanical APDL的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法166

8.1基于 APDL語(yǔ)言的參數(shù)化有限元分析166

8.2基于Mechanical APDL的參數(shù)優(yōu)化方法171

8.3Mechanical APDL參數(shù)優(yōu)化例題188

第9章基于Workbench的結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)199

9.1ANSYS Workbench參數(shù)管理及設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)概述199

9.2參數(shù)相關(guān)性、DOE與響應(yīng)面技術(shù)202

9.3目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化（GDO）技術(shù)及應(yīng)用216

9.4形狀優(yōu)化技術(shù)及應(yīng)用239

第10章基于ANSYS二次開(kāi)發(fā)的載貨車車架結(jié)構(gòu)參數(shù)化建模和優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)實(shí)例243

10.1基于ANSYS二次開(kāi)發(fā)的載貨車車架參數(shù)化建模系統(tǒng)243

10.2基于ANSYS二次開(kāi)發(fā)的載貨車車架輕量化設(shè)計(jì)系統(tǒng)252

附錄A數(shù)學(xué)規(guī)劃方法259

A.1數(shù)學(xué)規(guī)劃概述259

A.2一維搜索方法260

A.3無(wú)約束優(yōu)化方法262

A.4約束優(yōu)化方法266

參考文獻(xiàn)2692100433B

《工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用》分為兩部分，第一部分為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本理論與方法。在這一部分中，討論了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，并重點(diǎn)論述了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)及其與一般非線性規(guī)劃問(wèn)題的不同之處。在此基礎(chǔ)上，討論了基于準(zhǔn)則法的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、離散變量結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。由于有關(guān)數(shù)學(xué)規(guī)劃方法的書(shū)籍和資料很多，因此這一部分內(nèi)容注重結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)基本概念和基本方法的討論，而不過(guò)多去討論數(shù)學(xué)規(guī)劃方法。第二部分結(jié)合ANSYS軟件，討論應(yīng)用結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。這一部分內(nèi)容包括ANSYS結(jié)構(gòu)分析基礎(chǔ)、基于APDL腳本的結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)和基于ANSYSWorkbench的結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，另外結(jié)合作者的研究工作，介紹了基于二次開(kāi)發(fā)的載貨車車架結(jié)構(gòu)參數(shù)化建模和優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

本書(shū)可作為工科相關(guān)專業(yè)的研究生及高年級(jí)本科生教材，也可作為工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論及ANSYS軟件應(yīng)用技術(shù)的參考書(shū)。

《工程結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警理論及其應(yīng)用》較系統(tǒng)地闡述了工程結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警的理論、方法和應(yīng)用。上篇(第1～5章)詳細(xì)論述了工程結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警的基本理論和方法，主要內(nèi)容包括：基于小波包能量譜的結(jié)構(gòu)多尺度損傷分析原理；基于小波包能量譜的結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警方法；ASCE Benchmark結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警研究；環(huán)境激勵(lì)下的結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警方法。下篇(第6～8章)詳細(xì)論述了潤(rùn)揚(yáng)大橋斜拉橋損傷預(yù)警的方法實(shí)現(xiàn)與工程應(yīng)用，主要內(nèi)容包括：潤(rùn)揚(yáng)大橋斜拉橋結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警策略與方案；環(huán)境激勵(lì)下的潤(rùn)揚(yáng)大橋斜拉橋結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警方法；潤(rùn)揚(yáng)大橋斜拉橋結(jié)構(gòu)損傷預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

《土木工程結(jié)構(gòu)分析程序設(shè)計(jì)原理與應(yīng)用》是一本介紹土木工程結(jié)構(gòu)有限元分析程序設(shè)計(jì)的一般原理、實(shí)施過(guò)程及其應(yīng)用的專著，可做為土木工程專業(yè)高年級(jí)本科和研究生用教材，也可供青年朋友在進(jìn)行土木工程結(jié)構(gòu)分析和開(kāi)發(fā)程序時(shí)參考使用。