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简介
《结构优化设计:探索与进展》内容侧重于优化设计原理和优化算法在实际工程中的应用，对优化设计基本理论及其各种算法基础不做过多地推导。主要工作是系统地阐述一种简单实用且行之有效的结构优化新算法，即广义“渐进节点移动法”（Generalized Evolutionary Node Shift Method）。该方法可以应用于结构静力学和动力学领域的多种优化设计问题，特别是结构的形状优化设计问题。结构性能约束条件包括变形、应力、弯矩、局部稳定、固有振动频率以及总体质量等。该优化算法以设计变量灵敏度分析与计算为基础，通过逐渐改进结构的模型设计，使结构性能逐渐满足约束条件，设计达到最优状态。在解决各种结构，如桁架、框（刚）架、薄板等结构优化设计问题的同时，《结构优化设计:探索与进展》将逐渐揭示这种方法的理论基础、分析过程和应用特点。《结构优化设计:探索与进展》的研究成果将在航空航天、土木建筑、机械等领域具有广阔的应用前景。
《结构优化设计:探索与进展》主要介绍杆系结构（桁架或框架结构）的形状、形状与尺寸，梁、板结构支承刚度和位置、以及附加集中质量位置等不同方面优化设计问题。其中，支承位置的优化和附加集中质量位置的优化属于边界优化设计范畴，过去相关研究开展得不多，目前仍存在许多问题有待进一步深入研究。《结构优化设计:探索与进展》将根据有限元形函数的基本概念，采用离散方法，详细推导梁、板结构变形、弯矩和固有频率相对支承位置灵敏度计算公式。书中的大部分内容是作者及其国内外合作者近几年的研究成果，考虑到国内学者在这方面关注较少，《结构优化设计:探索与进展》亦将介绍相关研究内容的一些基础理论知识，并用大量的算例证明优化算法的可行性以及灵敏度分析的正确性。
目录
第1章绪论
1.1结构优化设计概述
1.2结构优化设计数学模型
1.3结构优化设计分类
1.4结构优化设计主要方法
1.4.1数学规划法
1.4.2优化准则法
1.5结构动力优化设计
1.6本书的内容及安排
第2章有限元法基础简介
2.1常用直杆单元
2.1.1二力杆单元
2.1.2直梁单元
2.2薄板弯曲单元
2.2.1基本理论
2.2.2矩形板弯单元（R—12）
2.3坐标变换
2.3.1空间杆单元
2.3.2平面梁单元
2.4单元刚度和质量矩阵一阶导数计算
2.4.1对其中某一元素的导数
2.4.2对截面尺寸的导数
2.4.3对端点坐标的导数
第3章桁架结构形状优化设计
3.1优化问题基本描述
3.2节点移动对位移约束的影响
3.2.1节点移动的灵敏度分析
3.2.2节点移动的灵敏度数
3.2.3单一工况下的多节点位移约束
3.2.4多工况、多节点位移约束
3.3库恩—塔克条件
3.4节点移动步长
3.5桁架结构形状优化算例
3.6结构形状优化的局限性
本章小结
第4章桁架结构形状与尺寸组合优化设计
4.1优化问题描述
4.2优化算法
4.2.1尺寸优化设计
4.2.2形状优化设计
4.3渐进优化设计步骤
4.4组合优化算例
附录平面二杆桁架受力分析
本章小结
第5章结构边界支承位置优化设计
5.1优化问题描述
5.2节点位移相对支承位置的灵敏度分析
5.2.1一般情况
5.2.2梁单元的弹性支承
5.2.3板单元的弹性支承
5.3支承位置优化算法
5.4支承位置优化算例
5.5支承扭转刚度的影响
附录简支梁最优支承位置分析
本章小结
第6章框架结构弯矩优化设计
6.1优化问题描述
6.2灵敏度分析方法简介
6.3弯矩的灵敏度分析
6.3.1对支承位置坐标的一阶导数
6.3.2对形状设计变量的一阶导数
6.4优化设计步骤
6.5弯矩优化算例
本章小结
第7章结构动力优化设计
7.1结构动力优化中的约束
7.2结构动力约束可行域研究
7.3结构的模态参数灵敏度分析
7.3.1固有频率灵敏度分析
7.3.2固有振型灵敏度分析
7.3.3重频灵敏度分析
7.4重频灵敏度特性分析
7.5重频灵敏度计算简例
7.6粘性阻尼下模态参数灵敏度分析
本章小结
第8章重频灵敏度分析结果的应用
8.1频率灵敏度分析过程
8.2数值算例
本章小结
第9章桁架结构动力优化设计
9.1固有频率灵敏度分析
9.1.1对杆件截面积的灵敏度
9.1.2对节点坐标的灵敏度
9.2优化问题数学模型
9.3优化算法描述
9.3.1增加频率
9.3.2减小频率
9.3.3库恩—塔克条件
9.3.4每次循环设计变量调整数量
9.3.5优化搜索步长
9.4多阶频率约束处理
9.5桁架结构优化算例
本章小结
第10章梁结构支承优化设计
10.1固有频率相对支承设计参数的灵敏度分析
10.1.1频率对支承刚度的灵敏度
10.1.2频率对支承位置的灵敏度
10.2支承位置优化算法
10.3梁结构支承位置优化算例
10.4梁结构支承刚度优化设计
10.4.1梁振动分析
10.4.2最小刚度计算
10.4.3其他典型边界条件最小刚度计算
10.5增加高阶频率所需最小支承刚度
10.6边界条件对附加支承优化设计的影响
10.6.1位移函数的构建
10.6.2边界约束条件的影响
10.7支承扭转刚度对频率灵敏度的影响
本章小结
第11章薄板结构支承优化设计
11.1薄板振动微分方程
11.2固有频率对支承位置的灵敏度分析
11.3支承位置优化模型
11.4支承位置优化算例
11.5支承刚度优化分析
11.6支承刚度优化设计算例
本章小结
第12章集中质量位置优化设计
12.1频率对集中质量位置的灵敏度分析
12.1.1梁单元上附带一个集中质量
12.1.2薄板单元上附带一个集中质量
12.2频率对集中质量大小的灵敏度分析
12.3集中质量位置优化步骤
12.4集中质量位置优化算例
12.5集中质量转动惯性对频率灵敏度计算的影响
本章小结
参考文献
1.1结构优化设计概述
1.2结构优化设计数学模型
1.3结构优化设计分类
1.4结构优化设计主要方法
1.4.1数学规划法
1.4.2优化准则法
1.5结构动力优化设计
1.6本书的内容及安排
第2章有限元法基础简介
2.1常用直杆单元
2.1.1二力杆单元
2.1.2直梁单元
2.2薄板弯曲单元
2.2.1基本理论
2.2.2矩形板弯单元（R—12）
2.3坐标变换
2.3.1空间杆单元
2.3.2平面梁单元
2.4单元刚度和质量矩阵一阶导数计算
2.4.1对其中某一元素的导数
2.4.2对截面尺寸的导数
2.4.3对端点坐标的导数
第3章桁架结构形状优化设计
3.1优化问题基本描述
3.2节点移动对位移约束的影响
3.2.1节点移动的灵敏度分析
3.2.2节点移动的灵敏度数
3.2.3单一工况下的多节点位移约束
3.2.4多工况、多节点位移约束
3.3库恩—塔克条件
3.4节点移动步长
3.5桁架结构形状优化算例
3.6结构形状优化的局限性
本章小结
第4章桁架结构形状与尺寸组合优化设计
4.1优化问题描述
4.2优化算法
4.2.1尺寸优化设计
4.2.2形状优化设计
4.3渐进优化设计步骤
4.4组合优化算例
附录平面二杆桁架受力分析
本章小结
第5章结构边界支承位置优化设计
5.1优化问题描述
5.2节点位移相对支承位置的灵敏度分析
5.2.1一般情况
5.2.2梁单元的弹性支承
5.2.3板单元的弹性支承
5.3支承位置优化算法
5.4支承位置优化算例
5.5支承扭转刚度的影响
附录简支梁最优支承位置分析
本章小结
第6章框架结构弯矩优化设计
6.1优化问题描述
6.2灵敏度分析方法简介
6.3弯矩的灵敏度分析
6.3.1对支承位置坐标的一阶导数
6.3.2对形状设计变量的一阶导数
6.4优化设计步骤
6.5弯矩优化算例
本章小结
第7章结构动力优化设计
7.1结构动力优化中的约束
7.2结构动力约束可行域研究
7.3结构的模态参数灵敏度分析
7.3.1固有频率灵敏度分析
7.3.2固有振型灵敏度分析
7.3.3重频灵敏度分析
7.4重频灵敏度特性分析
7.5重频灵敏度计算简例
7.6粘性阻尼下模态参数灵敏度分析
本章小结
第8章重频灵敏度分析结果的应用
8.1频率灵敏度分析过程
8.2数值算例
本章小结
第9章桁架结构动力优化设计
9.1固有频率灵敏度分析
9.1.1对杆件截面积的灵敏度
9.1.2对节点坐标的灵敏度
9.2优化问题数学模型
9.3优化算法描述
9.3.1增加频率
9.3.2减小频率
9.3.3库恩—塔克条件
9.3.4每次循环设计变量调整数量
9.3.5优化搜索步长
9.4多阶频率约束处理
9.5桁架结构优化算例
本章小结
第10章梁结构支承优化设计
10.1固有频率相对支承设计参数的灵敏度分析
10.1.1频率对支承刚度的灵敏度
10.1.2频率对支承位置的灵敏度
10.2支承位置优化算法
10.3梁结构支承位置优化算例
10.4梁结构支承刚度优化设计
10.4.1梁振动分析
10.4.2最小刚度计算
10.4.3其他典型边界条件最小刚度计算
10.5增加高阶频率所需最小支承刚度
10.6边界条件对附加支承优化设计的影响
10.6.1位移函数的构建
10.6.2边界约束条件的影响
10.7支承扭转刚度对频率灵敏度的影响
本章小结
第11章薄板结构支承优化设计
11.1薄板振动微分方程
11.2固有频率对支承位置的灵敏度分析
11.3支承位置优化模型
11.4支承位置优化算例
11.5支承刚度优化分析
11.6支承刚度优化设计算例
本章小结
第12章集中质量位置优化设计
12.1频率对集中质量位置的灵敏度分析
12.1.1梁单元上附带一个集中质量
12.1.2薄板单元上附带一个集中质量
12.2频率对集中质量大小的灵敏度分析
12.3集中质量位置优化步骤
12.4集中质量位置优化算例
12.5集中质量转动惯性对频率灵敏度计算的影响
本章小结
参考文献
Structural optimization:exploration and development
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