高等结构动力学总结.docx

结构动力学课程总结与进展综述
首先谈一下我对高等结构动力学课程的认识。结构动力学研究结构系统在动力荷载作用下的位移和应力的分析原理和计算方法。它是振动力学的理论和方法在一些复杂工程问题中的综合应用和发展,是以改善结构系统在动力环境中的安全和可靠性为目的的。这门课的主要内容包括运动方程的建立、单自由度体系、多自由度体系、无限自由度体系的动力学问题、随机振动、结构抗震计算及结构动力学的前沿研究课题。既有线性系统的计算,又有非线性系统的计算;既有确定性荷载作用下结构动力影响的计算,又有随机荷载作用下结构动力影响的随机振动问题;阻尼理论既有粘性阻尼计算,又有滞变阻尼、摩擦阻尼的计算。我们是航空院校,当然我们所修的高等结构动力学主要针对的是飞行器结构。这门课程很难,我通过课程和考试学到了不少东西,当然,也有很多东西不懂,我的研究方向是动力学结构优化设计,其中我对于目前的灵敏度分析研究比较感兴趣,这门课程是我以后学****的基础。
二十世纪中叶,计算机科学发展迅速,有限元方法得到长足进步,使得力学,特别是结构力学的研究方向发生了重大变化,研究范围也得以拓宽。长期处于被动状态的结构分析,转化到主动的结构优化设计,早期的结构优化设计,考虑的是静强度问题。但实践指出,许多工程结构,例如飞行器,其重大事故大多与动强度有关。同理,在航天、土木、桥梁等具有结构设计业务的工作部门,运用结构动力学优化设计技术,必将带来巨大的经济效益。20世纪60年代,动力学设计也称动态设计(dynamic design)开始兴起,但真正的发展则在八、九十年代,现正处于方兴未艾之际。“动态设计”一词常易引起误解,逐被“动力学设计”所取代。进入90年代以来,结构动力学优化设计的研究呈现出加速发展的态势,在许多方面取得了令人耳目一新的成果。尽管如此,它的理论和方法尚有待系统和完善,其软件开发和应用与工程实际还存在着较大的距离,迄今尚存在着许多未能很好解决甚至尚未涉足的问题。因此,结构动力学优化设计今后的研究任重而道远,将充满众多困难和障碍,面临各种新的挑战,但它的学术价值和发展前景也异常诱人和辉煌。
在结构动力学优化设计的初期采用的是分布参数设计法,它属于解析方法,Niordson率先应用此种方法研究了简支梁固有频率最大化的设计问题,利
用拉格朗日乘子法导出了梁最优截面应满足的方程。由于该方程直接求解的困难,故构造了一个数值渐进解的迭代求解公式,获得了梁截面的最佳分布。鉴于分布参数设计方法本身的局限性,人们在后来的结构动力学优化中将注意力转向了准则设计和数学规划两类方法。
准则设计法是通过力学概念或工程经验来建立相应的最优设计准则。其优点是物理意义明确,方法相对简单,优化中结构重分析次数少,收敛速度较快。数学规划法以规划论为理论基础,数学严谨,适用面广,且收敛性有保证。其缺点是计算量较大,收敛较慢,特别对于多变量的结构优化问题更甚。70年代以后,结构优化设计中的数学规划法吸收了准则法的优点,根据力学特征进行了某些改进,如显式逼近、变量连接、选择有效约束、引入倒数变量、采用对偶求解技术等,使计算效率得到了显著提高。在结构动力特性优化设计中采用较多的数学规划方法有:罚函数法、乘子法、序列线性规划法和二次规划法等。
动力学优化可分为三个层次:优化结构元件的参数,称为参数优化或尺优化(sizing o