外文翻譯--偽形的機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化構(gòu)形理論 中文版.doc

偽形的機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化構(gòu)形理論JeanLucMarcelin2007年1月10日收到/接受:2007年5月1日/在線發(fā)表：2007年5月25日。2007年斯普林格出版社倫敦有限公司摘要這項(xiàng)工作提供了偽構(gòu)形理論的一些應(yīng)用程序，機(jī)械結(jié)構(gòu)的形狀優(yōu)化技術(shù)。在本文構(gòu)形理論的發(fā)展中，優(yōu)化的主要目標(biāo)是最終總勢(shì)能的最小化。其他目標(biāo)優(yōu)化使用的機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化通常被用來(lái)限制或優(yōu)化約束。在這里介紹二種應(yīng)用：第一個(gè)是使用遺傳算法與偽構(gòu)形技術(shù)對(duì)一水滴形狀優(yōu)化和第二個(gè)是對(duì)一個(gè)液壓錘后軸承的形狀優(yōu)化處理。關(guān)鍵詞形狀優(yōu)化結(jié)構(gòu)遺傳算法1引言本文介紹一種偽構(gòu)形方法來(lái)達(dá)到物體形狀優(yōu)化基于總勢(shì)能的最小化。我們將介紹減少結(jié)構(gòu)總勢(shì)能尋找最優(yōu)形狀，這可能在某些情況下是個(gè)好主意。該參考的構(gòu)形理論可以以某種方式合理的理由解釋如下。據(jù)Bejan1，在工程設(shè)計(jì)和自然性能中，形狀和結(jié)構(gòu)一直在演變?yōu)楦玫男阅埽辉诠こ淘O(shè)計(jì)中用到的目標(biāo)和制約因素是從該幾何相同的機(jī)制在自然流動(dòng)系統(tǒng)中出現(xiàn)。Bejan1開始設(shè)計(jì)和工程系統(tǒng)優(yōu)化，并從自然系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了幾何形式的確定原則。這種發(fā)現(xiàn)是新的構(gòu)形理論的根據(jù)。優(yōu)化配置注定是不完善的。該系統(tǒng)的不完善到處蔓延時(shí)，效果最差，使越來(lái)越多的內(nèi)部點(diǎn)和硬件工作部件被壓?？此破毡榈膸缀涡问綀F(tuán)結(jié)工程與自然的流動(dòng)系統(tǒng)。Bejan1采用了一種新的理論，他毫不掩飾地說(shuō)明，與熱力學(xué)第二定律是相同的理論，因?yàn)橐粋€(gè)簡(jiǎn)單的理論意圖預(yù)測(cè)地球上任何活著的幾何形式。許多構(gòu)形理論的應(yīng)用程序在機(jī)械流體中開發(fā)，特別是在優(yōu)化流動(dòng)2-10中。另一方面，據(jù)我們所知，在固體或結(jié)構(gòu)力學(xué)中有一些應(yīng)用實(shí)例。因此，我們至少有一半的參考文獻(xiàn)在流體動(dòng)力學(xué)論文引用（同作者），因?yàn)闃?gòu)形方法是先由同一作者發(fā)展，只有阿德里安Bejan在論文中提到流體動(dòng)力學(xué)。構(gòu)形理論基于所有自然的創(chuàng)作，整體最佳的理論相比，該控制的演變與自然系統(tǒng)適應(yīng)。構(gòu)形分配原則由不完善的地方以及盡可能把最小的規(guī)模擴(kuò)到最大組成?？偟暮暧^構(gòu)形理論工程結(jié)構(gòu)從基本結(jié)構(gòu)組裝開始，通過(guò)與自然的規(guī)則相一致最佳分布不完善。我們的目標(biāo)是研究降低成本。但是，從這里長(zhǎng)期偽構(gòu)形來(lái)看，機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化的全局宏觀解決方案已經(jīng)成本降低，目標(biāo)非常接近構(gòu)形理論。那個(gè)構(gòu)形理論是預(yù)測(cè)的理論，只有一單一的原則，從優(yōu)化所有上升。這篇文章的題目同樣適用于偽構(gòu)形的步驟。偽構(gòu)形理論單一的優(yōu)化原則是最小化總勢(shì)能。此外，在我們以下提出的例子中偽構(gòu)形原則和遺傳算法有相關(guān)性，其結(jié)果是我們的優(yōu)化將非常接近自然理論。本文的目是展示偽構(gòu)形步驟用來(lái)適用力學(xué)結(jié)構(gòu)，特別是對(duì)形狀優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)。其基本思想是非常簡(jiǎn)單：處于平衡狀態(tài)的機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)最小總勢(shì)能。以同樣的方式，最佳的機(jī)械結(jié)構(gòu)也必須符合最低限度總勢(shì)能。這目標(biāo)必須首先對(duì)其他的東西進(jìn)行干預(yù)。正是這種構(gòu)想，在這篇文章中發(fā)展。兩個(gè)例子將會(huì)在后面提到。最小化總勢(shì)能以優(yōu)化一機(jī)械結(jié)構(gòu)不是全新的的想法。已經(jīng)有很多文件解決了這一問(wèn)題，使這一方法系統(tǒng)化。最優(yōu)化的唯一目標(biāo)是使能量最小化。高斯林11用一個(gè)簡(jiǎn)單的方法提出了硬件案件形式的有線網(wǎng)絡(luò)團(tuán)體和膜發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。該方法是根據(jù)基本的能源概念。剪應(yīng)力變表達(dá)式是用來(lái)定義總勢(shì)能。最后的能源形式是盡量減少使用鮑威爾算法。在菅野和大崎12中，最低的互補(bǔ)能源原則是建立網(wǎng)絡(luò)作為變量應(yīng)力組件幾何非線性彈性。為了顯示總勢(shì)能和能量互補(bǔ)之間的強(qiáng)對(duì)偶問(wèn)題，這些問(wèn)題的凸配方被進(jìn)行調(diào)查，可嵌入到原始的二階規(guī)劃問(wèn)題中。Taroco13進(jìn)行分析形成一個(gè)彈性固體的敏感性平衡問(wèn)題。第一階形中，域、邊界積分和總勢(shì)能的第二階形表達(dá)衍生物已經(jīng)建立。在華納14中，最優(yōu)設(shè)計(jì)問(wèn)題是根據(jù)其自身的重量解決了一個(gè)彈性懸掛桿。他已經(jīng)發(fā)現(xiàn)截面在一個(gè)均衡狀態(tài)中總勢(shì)能的面積最小化分布。在相類似的設(shè)計(jì)問(wèn)題中，在相同的約束條件潛在最大的能量也已解決了。在文圖拉15中，邊界條件控制的問(wèn)題已經(jīng)用網(wǎng)格方法解決。在文圖拉15中，在總勢(shì)能功能的彈性固體問(wèn)題中介紹移動(dòng)最小化近似值了，廣義的拉格朗日術(shù)語(yǔ)被添加到滿足本質(zhì)邊界的條件中?？偟臐撛谀芰孔钚』沓嗽谝话阌邢拊A(chǔ)上制定，還找到一個(gè)未知的最佳目標(biāo)結(jié)點(diǎn)因素16。2所使用的方法在本文的偽構(gòu)形理論中，最優(yōu)化的主要目標(biāo)是盡量減少總勢(shì)能。在優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)里其他的物體通用被限制或優(yōu)化約束。例如，一個(gè)東西可能在重量上有限制，或不超過(guò)其應(yīng)力值。在本文中這種想法是很簡(jiǎn)單的。機(jī)械結(jié)構(gòu)通過(guò)兩種參數(shù)類型來(lái)描述：已知的離散變量（例如，用有限元方法的自由度的位移）以及幾何變量設(shè)計(jì)（例如參數(shù)，使人們有可能描述機(jī)械結(jié)構(gòu)形狀）。總潛力能在同一時(shí)間里通過(guò)一個(gè)確定隱含或明確的方式離散設(shè)計(jì)變量。因此，進(jìn)行雙重優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)相比離散化設(shè)計(jì)變量，其目的是減少整體的總勢(shì)能。顯然，機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化問(wèn)題用下列方法處理：-目標(biāo)：減少總勢(shì)能-變量的優(yōu)化：同時(shí)確定離散變量（在結(jié)構(gòu)力學(xué)的有限元法的傳統(tǒng)用例），描述設(shè)計(jì)變量的形狀結(jié)構(gòu)-優(yōu)化限制：-重量或體積-位移或限制-壓力-頻率機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化問(wèn)題將用以下方法解決，如果需要的話需要在這些階段中重申（按照問(wèn)題的本質(zhì)）：第1階段最小化機(jī)械結(jié)構(gòu)總勢(shì)能和唯一的離散結(jié)構(gòu)變量相比較（度的有限元）。它的作用在這里作為一個(gè)優(yōu)化不優(yōu)化的限制。在此階段唯一的限制是純粹的機(jī)械原點(diǎn)，并涉及邊界條件，適用于結(jié)構(gòu)外部的作用。在第一階段，設(shè)計(jì)變量保持不變，根據(jù)設(shè)計(jì)變量1獲得的隱含或明確表述的自由度（可以是變量，使人們有可能描述形狀，以外形的優(yōu)化為例子）。大家可以看到在下面部分的例子中，這些表現(xiàn)形式可以是有形或無(wú)形的，且這是適當(dāng)?shù)闹委熀蟮那闆r。在案件1中用有限元計(jì)算方法，這一階段1是在有限元計(jì)算的基礎(chǔ)上，以獲取機(jī)械結(jié)構(gòu)的自由度。事實(shí)上，有限元，位移與節(jié)點(diǎn)、機(jī)械結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，獲得了最小化總勢(shì)能16。第2階段中機(jī)械結(jié)構(gòu)自由度的表達(dá)根據(jù)設(shè)計(jì)前先獲得的變量，然后注入機(jī)械結(jié)構(gòu)總勢(shì)能（你會(huì)看到下面的部分中第二個(gè)例子它是如何影響自由度在隱含的職能設(shè)計(jì)變量的情況下）。然后得到一個(gè)表達(dá)式總的潛在能量，它依賴于（以明示或默示的形式）設(shè)計(jì)變量。第3階段隨后進(jìn)行的第二次和新的最小化總勢(shì)能通過(guò)前面的形式取得，但這次比設(shè)計(jì)變量同時(shí)遵循技術(shù)限制或優(yōu)化約束的問(wèn)題。這種方法按問(wèn)題的本質(zhì)可以使用或多或少的設(shè)備。這點(diǎn)很明顯，例如，如果離散變量按照設(shè)計(jì)變量可以表示為一明確的方式，在2到3個(gè)階段是可以立即設(shè)置的，并無(wú)迭代。如果離散變量不能按照設(shè)計(jì)變量明確的方式表達(dá)，或者如果結(jié)構(gòu)拓?fù)洳皇枪潭ǖ?，或者如果行為不是線性的，這將有必要通過(guò)分階段進(jìn)行1至3連續(xù)迭代。這將在下面部分的例子中提到，一會(huì)我們會(huì)看到戰(zhàn)略的場(chǎng)合，可以采用一種類型為這些迭代?？偨Y(jié)，偽構(gòu)形的步驟，主要目的只是盡量減少潛在總能源，其他可能的目標(biāo)是限制或優(yōu)化約束。在我們的例子中使用的最優(yōu)化方法是遺傳算法（遺傳算法），如17。，我們也可以找到很多書籍有典型類似的教學(xué)價(jià)值，例如在18中。這種方法是非常先進(jìn)方便于我們的偽構(gòu)形方法。撰文已在天然氣方面廣泛地開展了工作，關(guān)于這一主題出版的期刊被譽(yù)為期刊19-31。由于天然氣問(wèn)題在社會(huì)結(jié)構(gòu)力學(xué)上還比較新，在這里我們提供的一些細(xì)節(jié)正是使用這里的算法多點(diǎn)交叉使用，而不是一單點(diǎn)交叉。在甄選計(jì)劃上，每年的使用完全是隨機(jī)生成。在我們的例子中，幾代人是等同的銜接使用。我們提供例子的結(jié)果是不斷地通過(guò)使用不同的遺傳算法。一個(gè)比較標(biāo)準(zhǔn)的遺傳算法已經(jīng)被證明是我們足夠的榜樣。3范例盡管潛在的能源可能是一個(gè)好的舉措對(duì)于一些優(yōu)化問(wèn)題，勢(shì)能不是賦予形成水滴的能量，也沒(méi)有定義錘子的最佳形狀，這就是為什么勢(shì)能不是唯一的、客觀的，但最優(yōu)化問(wèn)題是多目標(biāo)的和用公式明確表示的兩個(gè)例子的目標(biāo)函數(shù)。3.1例1：對(duì)一滴水形狀優(yōu)化第一個(gè)測(cè)試?yán)邮菍?duì)下降的水滴形狀優(yōu)化（圖1）。這個(gè)問(wèn)題是等同于抵抗坦克的膜理論計(jì)算。其目的是看看偽構(gòu)形理論給出了大自然的優(yōu)化設(shè)計(jì)。3.1.1使用的方法該一水滴幾何的定義是：產(chǎn)生的軸對(duì)稱殼薄線。此行描述于連續(xù)直線或圓形段描述在特定意義和輸入數(shù)據(jù)定義點(diǎn)上的坐標(biāo)和半徑值。初始數(shù)據(jù)是一個(gè)由直線段連接結(jié)點(diǎn)的集合。每一個(gè)結(jié)點(diǎn)是確定它兩個(gè)圓柱坐標(biāo)上（R，z），和真正的R代表的半徑圓相切的兩個(gè)交叉直線段的這一點(diǎn)。另一臺(tái)計(jì)算機(jī)的計(jì)算給出任何邊界的坐標(biāo)點(diǎn)，特別是切點(diǎn)必須界定圓弧長(zhǎng)度。水式設(shè)計(jì)描述了三個(gè)弧圓如圖1所示。通過(guò)有限元方法采用三節(jié)點(diǎn)拋物原理運(yùn)用基爾霍夫殼體理論分析。自動(dòng)網(wǎng)格生成器建立每個(gè)直線或圓形段的有限元網(wǎng)格，它們被視為宏觀有限元。我們的目標(biāo)是獲得一個(gè)水滴形狀形成最低總勢(shì)能（這是主要目標(biāo)）和平等的抵抗坦克（這是唯一約束或限制的問(wèn)題）。事實(shí)上，為了水滴的問(wèn)題，目標(biāo)是多對(duì)象的，兩個(gè)目標(biāo)（F1=