軟開(kāi)關(guān)拓?fù)鋬?yōu)化理論及應(yīng)用研究基本信息

本項(xiàng)目主要對(duì)軟開(kāi)關(guān)功率變換拓?fù)浜凸β室驍?shù)校正兩個(gè)方面進(jìn)行研究?；诰W(wǎng)絡(luò)解耦和時(shí)間平均理論，推導(dǎo)出一種針對(duì)軟開(kāi)關(guān)拓?fù)涞姆治龇椒ǎ梢詫?duì)諧振軟開(kāi)關(guān)變換器作快速、有效的分析。在功率因數(shù)校正技術(shù)方面，提出了解耦的雙環(huán)模型，還提出了用于功率因數(shù)校正的滑?？刂品椒?，并在新拓?fù)溲芯恐腥〉昧撕芎玫慕Y(jié)果。在軟開(kāi)關(guān)功率變換拓?fù)鋬?yōu)化和應(yīng)用方面，提出在全橋相移中加入飽和電感技術(shù)，進(jìn)一步軟化開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)過(guò)程，減小開(kāi)關(guān)損耗和開(kāi)關(guān)應(yīng)力。在項(xiàng)目研究過(guò)程中，主研人員在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物和國(guó)際會(huì)議上發(fā)表高質(zhì)量學(xué)術(shù)論文8篇。在理論分析的基礎(chǔ)上，研制了新型高功率因數(shù)軟開(kāi)關(guān)全橋相移開(kāi)關(guān)電源樣機(jī)，樣機(jī)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的結(jié)果。 2100433B

本項(xiàng)目采用各向異性類(lèi)桁架材料模型，通過(guò)優(yōu)化類(lèi)桁架材料非均勻連續(xù)分布場(chǎng)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化。優(yōu)化過(guò)程考慮工程實(shí)際的荷載不確定、材料（彈性模量和許用應(yīng)力）拉壓不同性等問(wèn)題。 類(lèi)拱隔柵作為類(lèi)桁架材料模型在空間問(wèn)題上的拓展，用于研究大跨空間結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。由于荷載作用點(diǎn)的高度隨結(jié)構(gòu)高度變化，因此也是一種結(jié)構(gòu)相關(guān)荷載，成為優(yōu)化的一個(gè)難點(diǎn)。最早Prager提出了這個(gè)問(wèn)題。Rozvany等采用差分方法，在假設(shè)材料分布方向條件下研究了其拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)構(gòu)。本項(xiàng)目采用類(lèi)拱格柵（空間類(lèi)桁架）材料模型和有限元分析方法同時(shí)優(yōu)化了材料的分布方向和密度。得到更為合理的Prager結(jié)構(gòu)。 空間結(jié)構(gòu)在豎向力作用下，優(yōu)化結(jié)果經(jīng)常為豎直平面內(nèi)的平面結(jié)構(gòu)形式。這種平面結(jié)構(gòu)基本上沒(méi)有水平面內(nèi)的剛度。由于實(shí)際的豎向荷載會(huì)在水平方向有少量的擾動(dòng)，因此僅考慮豎向荷載是不合理的。而水平方向的擾動(dòng)荷載是不確定的，所以本項(xiàng)目通過(guò)考慮荷載不確定性來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。 考慮到這種不確定性的概率分布經(jīng)常是未知的，本項(xiàng)目采用區(qū)間分析方法研究不確定性問(wèn)題。作為基礎(chǔ)工作，首先采用解析方法推導(dǎo)了最簡(jiǎn)單的2桿結(jié)構(gòu)在不確定荷載作用下拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)構(gòu)，作為后期研究的標(biāo)準(zhǔn)算例，用以檢驗(yàn)本項(xiàng)目提出的數(shù)值方法的有效性。在此基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了類(lèi)桁架結(jié)構(gòu)在不確定性荷載作用下基于區(qū)間分析的拓?fù)鋬?yōu)化方法。 大跨空間結(jié)構(gòu)中大量使用索、鋼構(gòu)件、混凝土等都具有拉壓異性的材料。為此，本項(xiàng)目也研究了材料拉壓異性問(wèn)題的優(yōu)化方法。首先用解析方法推導(dǎo)了2桿結(jié)構(gòu)采用拉壓不同彈性模量、不同允許應(yīng)力等情況下的拓?fù)鋬?yōu)化解析解。在此基礎(chǔ)上，研究了拉壓異性類(lèi)桁架材料的拓?fù)鋬?yōu)化問(wèn)題。 本項(xiàng)目還研究了類(lèi)桁架連續(xù)體離散化方法。通過(guò)逐步刪除密度小于臨界值的結(jié)點(diǎn)，抑制密度過(guò)高的值和逐步增加臨界值，形成勻質(zhì)等厚帶孔拓?fù)鋬?yōu)化連續(xù)體。 最后還利用類(lèi)桁架材料模型研究了剛架結(jié)構(gòu)斜支撐體系的拓?fù)鋬?yōu)化方法，用以增加側(cè)移剛度。 2100433B

使用各向異性類(lèi)拱格柵連續(xù)體材料模型，建立一種構(gòu)件沿多個(gè)方向非均勻連續(xù)分布場(chǎng)，用于構(gòu)造拓?fù)鋬?yōu)化的類(lèi)拱格柵（Prager）結(jié)構(gòu)。按照真實(shí)具體材料設(shè)置力學(xué)性質(zhì)（彈性模量、許用拉壓應(yīng)力等）與成本之間的關(guān)系，以便容易地將材料分布場(chǎng)再轉(zhuǎn)化為真實(shí)構(gòu)件和結(jié)構(gòu)。采用該材料模型將經(jīng)典的單一材料Prager結(jié)構(gòu)拓展到多種材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)；將Prager結(jié)構(gòu)的應(yīng)力約束擴(kuò)展到位移、穩(wěn)定性和動(dòng)力特性等更一般約束。建立這種廣義Prager結(jié)構(gòu)的有限元優(yōu)化分析方法。以材料在結(jié)點(diǎn)位置的密度和方向?yàn)樵O(shè)計(jì)變量。通過(guò)形函數(shù)插值得到單元內(nèi)部的材料分布，從而形成拓?fù)鋬?yōu)化的材料連續(xù)分布場(chǎng)。該分布場(chǎng)不直接描述具體的構(gòu)件（如桿、索等）。根據(jù)力學(xué)性質(zhì)與材料的關(guān)系再將材料分布場(chǎng)轉(zhuǎn)化為具體構(gòu)件和結(jié)構(gòu)，以此解決網(wǎng)架、網(wǎng)殼、懸索及其組合等大跨空間結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化問(wèn)題。優(yōu)化過(guò)程不抑制中間密度，從根本上避免了單元鉸接、棋盤(pán)格等數(shù)值不穩(wěn)定問(wèn)題。

結(jié)構(gòu)是人造的承力固體。結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化在體積或經(jīng)濟(jì)等約束下，尋求力學(xué)性能最優(yōu)的結(jié)構(gòu)拓?fù)?。結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化是近三十年來(lái)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的熱點(diǎn)，由于其提供了改變結(jié)構(gòu)拓?fù)洹⑦x擇最優(yōu)拓?fù)涞姆椒?，為工程界提供了?chuàng)新設(shè)計(jì)的工具，因此，這一方法和相應(yīng)的軟件發(fā)展非常迅速，在航空航天等工業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用，并且迅速地應(yīng)用到結(jié)構(gòu)以外的領(lǐng)域，包括材料微結(jié)構(gòu)的優(yōu)化及其他物理領(lǐng)域。在拓?fù)鋬?yōu)化問(wèn)題中，定義在二維或三維區(qū)域上的力學(xué)量及其他物理量是優(yōu)化問(wèn)題的目標(biāo)或約束，從具有不同拓?fù)涞膮^(qū)域中選擇最優(yōu)的拓?fù)?，本質(zhì)上是離散優(yōu)化問(wèn)題。為了降低其計(jì)算量，提出了很多算法，如變密度法、水平集法，以實(shí)現(xiàn)不同拓?fù)湟?jiàn)的連續(xù)變換。對(duì)于不同的物理問(wèn)題和不同的物理量，定義域的連通性和物理量的連續(xù)性具有不同特征，由此產(chǎn)生了一系列問(wèn)題，如約束的連續(xù)性、奇異最優(yōu)解、最優(yōu)振動(dòng)或失穩(wěn)模態(tài)的跳躍，還有最優(yōu)拓?fù)涞膶?duì)稱(chēng)性；也需要研究提高這些方法的效率和性能的理論和技術(shù)。