机械结构形状优化设计方法及应用研究

本项研究的主要内容是：形状优化的理论方法、自适应有限元分析理论与方法、灵敏度分析的方法、软件及应用研究等几方面。取得主要成果是：提出了机械形状优化的梯度—哈密顿函数极值法；变尺度—哈密顿函数极值方法和罚函数方法。提出了基于非线性有理样条函数和自适应有限元分析的机械形状优化方法，为解决大型复杂问题提供了一个新的方法和途径。利用这些理论成果，成功地解决了三轴转台的结构分析和形状优化、渐轮机叶片的形状化、齿轮齿根过渡圆孤的形状优化等实际问题。研究成果受到国内有关专家的好评并多次被引用。共发表论文15篇，完成专著一本。

研究非稳态热传导与材料非线性耦合的连续体结构热弹塑性应力和热弹塑性屈曲的参数化形状优化方法及数值实现。基于广义变分原理建立结构热弹塑性应力和热弹塑性屈曲的形状优化灵敏度数学模型，在模型中除了结构弹性变形还考虑了非稳态温度场和机械荷载联合作用下的结构塑性变形、材料性质参数与温度场耦合的热应力响应、随结构可动几何边界更新的力学和温度场边界条件对结构响应的影响。热-弹塑性耦合响应及其灵敏度的数值计算，是非稳态温度场与弹塑性应力场及屈曲分析的耦合过程，灵敏度分析的数值实现是基于有限元分析软件的新途径。通过参数化实体造型和CAD/CAE集成技术，实现连续体结构（包括实体和曲面）几何模型与有限元模型的动态联动和有限元全模型信息的动态修改，进而实现参数化的形状优化设计。结合多物理场问题的参数化建模方法、热弹塑性响应及其灵敏度的耦合分析、优化求解算法，实现传热-结构耦合的热弹塑性力学响应的参数化形状优设计 2100433B

本书是作者总结自己近10多年的科研成果，并在参考了大量国内外近期文献基础上写成的，是一本难得的关于机械结构动态设计方法及应用的专著。

本书共11章，分别是绪论、机械结构振动系统模型描述、机械结构的模态参数识别与分析、机械结合部动力学参数的识别、结构振动系统阻尼矩阵的估计、机械结构建模与分析的动态子结构方法、设计参数型有限元模型修正及其结构动态设计、特征值逆问题方法及其结构动态设计、基于结构修改与修改结构重分析的结构动态设计、基于人工神经网络的结构动态设计、机械结构动态设计的能量平衡法与优化准则法。

本书的特点是：深入浅出，系统性强，理论与实际结合。

本书可供机械设计领域的工程技术人员、科研人员使用，亦可用作高等院校高年级学生、研究生的专业教材。