基于有限元法的结构优化设计——原理与工程应用

作者:梁醒培、王辉

出版:清华大学出版社

年代:2010

图书简介

本书旨在帮助读者能够利用现有的结构优化软件进行结构优化设计。本书力求深入浅出,理论联系实际,学以致用,着力讲述结构优化设计的基本原理、方法和步骤。主要内容为:结构优化的数学模型及其求解方法,有限元方法简介,结构静、动力优化设计的灵敏度计算方法和公式,简单结构的优化设计简例,结构优化设计的技巧和策略,结构优化设计程序开发简介,工程结构优化设计实例以及ANSYS结构优化设计介绍。本书读者对象为有关专业高年级本科生、工科研究生和从事结构设计的工程技术人员。

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《基于有限元法的结构优化设计:原理与工程应用》读者对象为有关专业高年级本科生、工科研究生和从事结构设计的工程技术人员。

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目录

第1章 绪论
1.1 结构优化概述
1.2 结构优化的发展概况
1.3 结构优化的关键技术
参考文献

第2章 结构优化设计的数学模型
2.1 结构优化设计的简单示例
2.2 优化设计的数学模型
2.2.1 设计变量
2.2.2 约束条件
2.2.3 目标函数
2.2.4 结构优化设计的数学模型
2.3 优化数学模型的形成及其与有限元计算的关系
2.4 结构优化设计的基本过程
参考文献

第3章 优化设计数学模型的求解方法简介
3.1 线性规划
3.1.1 线性规划的标准形式
3.1.2 单纯形法
3.2 无约束优化方法
3.2.1 无约束优化方法简介
3.2.2 牛顿法
3.3 有约束优化问题的解法
3.3.1 惩罚函数的性质和构造
3.3.2 迭代算法
3.4 基于离散变量的优化方法
3.4.1 整数变量优化问题的数学描述
3.4.2 分枝定界法
3.4.3 离散变量优化方法新进展
参考文献

第4章 有限元法简介
4.1 弹性力学基本方程
4.1.1 平面问题基本方程
4.1.2 三维问题基本方程
4.2 平面线弹性静力有限元法简介
4.3 常用单元类型简介
4.3.1 等参单元
4.3.2 杆单元
4.3.3 梁单元
4.3.4 板单元
4.3.5 壳单元
4.4 动力有限元法简介
4.4.1 动力有限元基本方程
4.4.2 质量矩阵和阻尼矩阵及其对设计变量的导数
4.4.3 结构自由振动计算
4.4.4 结构动力有限元计算
参考文献

第5章 静力优化设计的灵敏度计算
5.1 静力位移灵敏度计算方法
5.1.1 全局差分法
5.1.2 半解析法
5.1.3 数值解析法——基于有限元计算公式的方法
5.2 单元刚度矩阵对设计变量的导数
5.2.1 平面等参单元刚度矩阵对设计变量的导数
5.2.2 三维等参单元刚度矩阵对设计变量的导数
5.2.3 杆单元刚度矩阵对设计变量的导数
5.2.4 梁单元刚度矩阵对设计变量的导数
5.2.5 板壳单元刚度矩阵对设计变量的导数
5.3 静力应力灵敏度计算
5.3.1 全局差分法
5.3.2 半解析法
5.3.3 数值解析法
5.4 静力应力灵敏度算例
参考文献

第6章 动力优化设计的灵敏度计算
6.1 结构固有频率灵敏度计算
6.1.1 固有频率灵敏度
6.1.2 固有频率灵敏度算例
6.2 动力位移灵敏度计算
6.2.1 动力位移灵敏度公式
6.2.2 动力位移灵敏度算例
6.3 动力应力灵敏度计算
6.3.1 动力应力灵敏度的计算方法
6.3.2 动力应力灵敏度算例
参考文献

第7章 简单结构的优化设计简例
7.1 结构静力优化设计
7.2 结构频率优化设计
7.3 结构动力优化设计
参考文献

第8章 结构优化设计的技巧和策略
8.1 结构优化数学模型建立的原则和方法
8.1.1 结构优化设计的基本要素
8.1.2 结构优化设计的一般过程
8.1.3 结构优化问题举例
8.2 设计变量的选择原则和离散化处理
8.2.1 设计变量的选择
8.2.2 设计变量的标准化处理
8.3 优化设计方法选择
8.3.1 数学优化方法的选择
8.3.2 系统优化设计的策略
8.3.3 收敛精度设置
8.4 优化设计结果分析
8.4.1 计算结果分析
8.4.2 灵敏度分析
参考文献

第9章 结构优化设计程序开发简介
9.1 全差分法的结构优化设计程序
9.2 数值解析法的结构优化设计程序
9.2.1 结构优化设计程序总体结构
9.2.2 程序模块简介
9.2.3 程序实现概况
9.2.4 静力灵敏度计算的程序实现
9.2.5 动力灵敏度计算的程序实现
9.2.6 频率灵敏度计算的程序实现
9.3 与三维CAD集成及程序间接口
9.3.1 与三维CAD集成
9.3.2 不同编程语言程序间的连接
9.3.3 数据结构及传递
参考文献

第10章 工程结构优化设计实例
10.1 综合采煤液压支架底座结构优化设计
10.2 大型齿轮箱结构优化设计
10.3 U形穿黄渡槽结构静力优化设计
10.4 某导弹试验台架频率结构优化
10.5 高方平筛机架动力优化设计
10.6 拼焊齿轮箱箱体动力位移响应优化设计
参考文献

第11章 ANSYS结构优化设计简介
11.1 ANSYS结构优化的基本概念和要求
11.2 ANSYS结构优化的基本过程
11.2.1 建立参数化有限元分析文件
11.2.2 执行优化计算的方法和过程
11.2.3 查看和选取优化结果
11.2.4 确定并检验优化结果
11.3 交互式ANSYS结构优化算例
11.3.1 交互式执行参数化有限元分析
11.3.2 基于交互式操作建立参数化有限元分析文件
11.3.3 交互式方式执行优化计算
参考文献
索引
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更多图书信息

作者:梁醒培、王辉
出版:清华大学出版社

ISBN:9787302215721

出版日期:2010-02-01

清华大学出版社

清华大学出版社

清华大学出版社成立于1980年6月,是由教育部主管、清华大学主办的综合出版单位。植根于“清华”这座久负盛名的高等学府,秉承清华人“自强不息,厚德载物”的人文精神,清华大学出版社在短短二十多年的时间里,迅速成长起来。作为来自一流大学的出版单位,清华大学出版社始终坚持弘扬科技文化产业、服务科教兴国战略的出版方向,把出版高等学校教学用书和科技图书作为主要任务,并为促进学术交流、繁荣出版事业设立了多项出版基金,逐渐形成了以出版高水平的教材和学术专著为主的鲜明特色,在教育出版领域树立了强势品牌。目前,清华版教材已在全国一百多所院校得到广泛使用。高品质、多层次的计算机图书是清华大学出版社的一大品牌支柱。20世纪80年代末,在席卷全球的信息化浪潮中,清华大学出版社快速切入计算机图书市场,逐渐成为并一直保持这一市场的领先地位,为发展中国计算机教育做出了巨大贡献。

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作者信息

梁醒培、王辉

梁醒培,河南工业大学教授,工程力学教研中心主任,博士生导师,享受国务院津贴专家,中国力学学会理事,河南省力学学会副理事长,河南省钢结构协会理事,河南省十佳师德先进个人,郑州市技术拔尖人才。 1977年毕业于清华大学工程力学系,1988-1989年在原联邦德国材料研究院合作研究,访问学者。1977-2004年在原机械工业部郑州机械研究所工作,曾任所CAE研究室主任,所学位委员会委员。长期从事有限元和结构优化设计的理论研究、软件开发和工程应用工作,是我国最早引进、推广有限元程序SAP 5和ADINA者之一。获得省部级科技奖8项,其中一等奖1项(第1名),二等奖3项(第2,4,5名),三等奖4项(第1,2,4,4名);出版著作和教材3部,发表论文40多篇。  王辉,河南工业大学讲师,博士。1999年毕业于兰州大学力学系,获理学学士学位:2004年毕业于大连理工大学力学系.获工学硕士学位;2007年毕业于天津大学力学系.获工学博士学位。2005年和2007年两次到澳大利亚国立大学做访问学者。研究方向主要为高性能杂交有限元法和无网格法。先后发表十余篇学术论文,多数被SCI、EI检索;在CRC出版社合作出版英文专著1部。

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