結(jié)構(gòu)優(yōu)化導(dǎo)論(翻譯版)
定 價:39.8 元
叢書名:時代教育·國外高校優(yōu)秀教材精選
- 作者:Peter W. Christensen , Anders Klarbring
- 出版時間:2017/8/31
- ISBN:9787111563839
- 出 版 社:機(jī)械工業(yè)出版社
- 中圖法分類:TU318
- 頁碼:182
- 紙張:膠版紙
- 版次:1
- 開本:16K
大限度地提高材料利用率,或者使結(jié)構(gòu)在滿足承載的同時盡可能的輕量化,是機(jī)械和結(jié)構(gòu)工程師的永恒追求。以前,只有通過反復(fù)試驗(yàn)才能找到更理想的結(jié)構(gòu)。但是,近二十年來,在優(yōu)化理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的計(jì)算方法使尋求優(yōu)結(jié)構(gòu)的過程變得越來越自動化了。低成本高回報(bào)的理想在這類計(jì)算方法的驅(qū)動下逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實(shí),結(jié)構(gòu)優(yōu)化也因此越來越多地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。
本書是在瑞典林雪平大學(xué)積累的超過15年的學(xué)術(shù)報(bào)告和課程基礎(chǔ)上逐漸形成的,初步介紹結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基本問題和求解方法,包括機(jī)械結(jié)構(gòu)幾何優(yōu)化的三類基本問題,即尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化。重點(diǎn)為離散的和(有限元)離散化的線彈性結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題的詳細(xì)數(shù)值實(shí)現(xiàn)方法。本書寫作力求通俗易懂:只對基本定理進(jìn)行數(shù)學(xué)證明,其他定理則不加證明地直接引用;但是對于定理的具體應(yīng)用方法,我們均進(jìn)行了詳細(xì)介紹?紤]到本書的重點(diǎn)是幾何設(shè)計(jì)問題,其中的設(shè)計(jì)變量連續(xù)變化且數(shù)量通常很大,因此主要采用一階方法求解。這些方法基于靈敏度分析,即建立在求解目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)的基礎(chǔ)上。我們重點(diǎn)介紹經(jīng)典一階方法中的CONLIN和MMA,這兩種方法均基于顯式的凸可分離近似技術(shù)。需要注意的是,結(jié)構(gòu)優(yōu)化中廣泛采用的經(jīng)典方法———優(yōu)化準(zhǔn)則法也屬于一階方法。此外,零階算法(如響應(yīng)面法、代理模型方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、基因算法等)并不適用于本書討論的優(yōu)化問題,故未予以介紹。書中的例題均采用程序進(jìn)行了求解實(shí)現(xiàn),其中一些程序可從本書的主頁下載。這些程序也可用來求解各章末所附的大量習(xí)題。
根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn),本書主要面向具有有限元方法基礎(chǔ)知識的固體結(jié)構(gòu)力學(xué)專業(yè)的學(xué)生,也適用于具有相應(yīng)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識的其他讀者。了解基本優(yōu)化理論和凸規(guī)劃方法有助于增進(jìn)讀者對本書的理解,但沒有這些基礎(chǔ)也無妨。
本書前三章為入門的基礎(chǔ)部分。第1章介紹了數(shù)學(xué)設(shè)計(jì)優(yōu)化的基本思想及其在產(chǎn)品設(shè)計(jì)這一寬泛領(lǐng)域的地位,同時定義了結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基本概念及術(shù)語。第2章研究了一系列小規(guī)模優(yōu)化問題,這些算例一方面可以使我們熟悉結(jié)構(gòu)優(yōu)化中這類常見的問題,另一方面也可以作為后續(xù)章節(jié)所講方法的范例題目。第3章綜合敘述了凸分析的基本概念,并從結(jié)構(gòu)優(yōu)化的角度舉例說明。第4章介紹了序列顯式凸近似的基本思想,并詳細(xì)介紹了CONLIN和MMA方法。從算法的角度,這一章是本書的核心內(nèi)容。第5章用MMA方法求解桁架結(jié)構(gòu)的剛度優(yōu)化問題。這是結(jié)構(gòu)優(yōu)化的一個經(jīng)典范例,也是我們深入討論的內(nèi)容。第6章討論有限元離散結(jié)構(gòu)的靈敏度分析方法。第7章介紹形狀優(yōu)化,并在最后結(jié)合二維形狀表征方法(如貝塞爾樣條和B樣條)介紹了形狀改變的靈敏度分析。第8章回顧了變分法的一些經(jīng)典結(jié)果,并推導(dǎo)了分布參數(shù)系統(tǒng)剛度優(yōu)化問題的最優(yōu)條件。本章本質(zhì)上是剛度拓?fù)鋬?yōu)化問題方法的準(zhǔn)備。在第9章,這一問題經(jīng)過簡單的擴(kuò)展并進(jìn)行離散化后,為解決連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化問題開啟了一扇大門。我們把優(yōu)化準(zhǔn)則法作為一般顯式凸近似方法的一個特例進(jìn)行了推導(dǎo),并討論了問題的適定性和不同類型的規(guī)則化方法。
作為一本入門的初級教材,我們并沒有面面俱到地包含全部文獻(xiàn),也沒有介紹結(jié)構(gòu)優(yōu)化的發(fā)展歷史,對此感興趣的讀者可參考現(xiàn)有的專著,如Haftka和Gürdal[18]、Kirsch[22]以及Bendse和Sigmund[4]的相關(guān)著作。
如前所述,本書植根于林雪平大學(xué)的一系列講座,其中第一場講座是本書的第二作者在1992年所做的。其后,由JoakimPetersson負(fù)責(zé)并規(guī)劃基本內(nèi)容的一門獨(dú)立的結(jié)構(gòu)優(yōu)化課程在2000年得以成形。完成兩輪授課之后,不幸的事情發(fā)生了,Joakim在2002年9月非常突然地離世了[3]。于是本書作者接手并負(fù)責(zé)了這門課程,開始按照非常接近Joakim講義內(nèi)容的方式講授這門課程。令人欣慰的是,從那時起我們一直在講授這門課程并逐漸寫成了本書。根據(jù)我們的記憶和理解,本書幾乎完全契合了Joakim的思想和風(fēng)格。
特別感謝BoTorstenfelt和ThomasBorrvall為本書提供了大量數(shù)值解答。
Torstenfelt的傻瓜式有限元程序TRINITAS可從本書的主頁下載,并可用于求解形狀和拓?fù)鋬?yōu)化兩類計(jì)算機(jī)上機(jī)習(xí)題。此外,主頁上還有Borrvall開發(fā)的一個用于拓?fù)鋬?yōu)化的Java應(yīng)用程序可供下載。誠摯感謝他們對使用其程序的許可。
彼得W克里斯滕森(PeterW.Christensen)安德斯·克拉布林(AndersKlarbring)瑞典林雪平大學(xué)2008年7月
目錄
譯者序
作者序
前言
第1章引言
1.1基本思想
1.2設(shè)計(jì)過程
1.3結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題的一般
1.4數(shù)學(xué)形式
1.5結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題的三種
類型
第2章離散參數(shù)和分布參數(shù)
系統(tǒng)
2.1離散參數(shù)系統(tǒng)優(yōu)化
實(shí)例
2.2受應(yīng)力約束的二桿桁
架重量最小化
受應(yīng)力約束和穩(wěn)定性
約束的二桿桁架重
量最小化
2.3 受應(yīng)力約束和位移約
束的二桿桁架重量最
小化
2.4 受應(yīng)力約束和位移約
束的二段懸臂梁重量
最小化
2.5 受應(yīng)力約束的三桿桁
架重量最小化
2.6 受剛度約束的三桿桁架重量最小化
2.7習(xí)題
第3章 凸規(guī)劃基礎(chǔ)
第4章 序列顯式凸近似
第5章 桁架剛度的尺寸優(yōu)化
第6章 靈敏度分析
第7章 二維形狀優(yōu)化
第8章 分布參數(shù)系統(tǒng)的最大剛度設(shè)計(jì)
第9章 分布參數(shù)系統(tǒng)的拓?fù)鋬?yōu)化
部分習(xí)題答案
參考文獻(xiàn)
索引177