【獎勵聚焦】2019年度中國力學學會優秀博士學位論文獲獎人介紹:孫...

【獎勵聚焦】2019年度中國力學學會優秀博士學位論文獲獎人介紹：孫加亮

2020-11-19 16:33 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務

個人簡介

孫加亮，南京航空航天大學航空學院講師，工學博士，碩士生導師，2019年度中國力學學會優秀博士學位論文獎獲得者。2014年6月畢業於南京航空航天大學飛行器設計與工程專業，獲工學學士學位。2019年4月畢業於南京航空航天大學一般力學與力學基礎專業，獲工學博士學位。2017年9月至2018年9月，在丹麥技術大學訪問一年。2019年6月參加工作，講授本科生課程《最優化方法》與研究生課程《多體系統動力學》。主持國家自然科學基金青年基金、江蘇省自然科學基金青年基金、上海航天科技創新基金、航天一院預研項目等。

目前主要從事多柔體系統動力學、可展開空間結構動力學建模與優化設計等研究，在動力學拓撲優化等方面發表論文十餘篇，其中SCI論文9篇，《力學學報》文章2篇，國際學術會議論文4篇，國內學術會議論文多篇，SCI論文引用達87次。曾獲The 8th Asian Conference on Multibody Dynamics學生論文獎、第三屆可展開空間結構學術會議優秀論文獎、工信創新獎學金二等獎、中國力學學會全國徐芝綸力學優秀學生獎二等獎、第九屆全國周培源大學生力學競賽一等獎、第十二屆全國研究生數學建模競賽一等獎、第七屆臨近空間杯博士生科技創新獎二等獎等。

獲獎論文題目

多柔體系統動力學優化研究

關鍵詞

多柔體系統

動力學優化

動力學響應

動力學特性

結構優化

拓撲優化

任意拉格朗日–歐拉描述

絕對節點坐標方法

等效靜載荷方法

水平集方法移動可變形組件方法

博士論文摘要

多柔體系統是由柔性構件和運動副組成的機械系統，其典型的代表包括柔性機械臂、直升機旋翼、衛星的可展開天線、太陽帆太空飛行器等。近年來，隨著航天科技的發展，可在軌展開的空間結構中出現越來越多的時變長度柔性構件，例如時變長度的繩索、薄板、薄殼、薄膜以及三維柔性實體。因此，含時變長度柔性構件的多柔體系統動力學問題日益突出，不僅涉及到這類系統的動力學建模與計算，還涉及其動力學設計。

過去，人們對多柔體系統的構件動力學設計通常採用試錯法。這種設計方法不僅耗時，而且無法保證得到最優結果。人們也常將系統中某個重要構件進行單獨靜力學優化，根據經驗來假定構件所受的載荷，不考慮系統運行環境對構件優化的影響。這類優化設計適用於比較剛性的多體系統，無法處理具有大範圍運動與大變形耦合的多柔體系統。事實上，構件柔性對多柔體系統的動力學行為影響很大，直接影響到優化結果。因此，不論是航天科技領域，還是機械領域，均需要發展基於多柔體系統動力學的柔性構件優化設計方法。

本文基於絕對節點坐標建模方法（Absolute Nodal Coordinate Formulation，ANCF），研究含時變長度柔性構件的多柔體系統動力學建模、動力學響應和動力學特性優化設計問題，主要研究內容和學術貢獻如下：

（1） 提出多柔體系統動力學響應強耦合優化模型和弱耦合優化模型。在強耦合優化模型中，將多柔體系統動力學方程整合到優化方程中，給出了多柔體系統動力學方程的求解方法，推導了強耦合優化模型的靈敏度計算公式以及優化方程的求解過程。在弱耦合優化模型中，提出了基於絕對節點坐標描述的多柔體系統中柔性構件等效靜載荷定義和分析方法，採用等效靜載荷方法將多柔體系統動力學響應優化設計問題轉化為柔性構件的靜力學響應優化設計問題，並交替完成多柔體系統動力學分析與靜力學響應優化設計。

（2） 提出基於水平集方法的二維多柔體系統結構拓撲優化模型，基於移動可變形組件方法的三維多柔體系統結構拓撲優化模型。針對給定材料，可優化柔性構件中的材料分布，使其動態柔順度（或應變能）最小。在二維多柔體系統結構拓撲優化模型中，採用水平集方法隱式地描述柔性構件的拓撲結構，並根據半隱式的加性分裂算子差分格式求解水平集方程；在三維多柔體系統結構拓撲優化模型中，為了克服傳統密度法或水平集方法對於三維問題求解效率低的問題，採用移動可變形組件方法顯式地描述柔性構件的拓撲結構。

（3）研究基於任意拉格朗日–歐拉（Arbitrary Lagrangian–Eulerian，ALE）描述的含時變長度柔性構件的多柔體系統動力學建模方法。推導了ALE–ANCF時變長度縮減梁單元和ALE–ANCF時變長度薄板單元，發展了ALE–ANCF時變長度三維實體單元，給出了這些時變長度單元的非線性彈性力、附加慣性力及其雅克比的計算公式。在求解系統動力學方程時，為了避免時變長度柔性構件的邊界單元長度過長或者過短，提出了在邊界單元長度變化過程中適時插入節點或刪除節點的解決方案。

（4） 基於任意拉格朗日–歐拉描述的絕對節點坐標建模方法，研究含時變長度柔性構件的多柔體系統結構拓撲優化設計，提出了基於移動可變形組件方法的二維和三維多柔體系統結構拓撲優化模型。在二維時變長度多柔體系統結構拓撲優化模型中，通過引入虛擬設計域的概念，提出了時變長度柔性構件的等效靜載荷定義和分析方法。在三維時變長度多柔體系統結構拓撲優化模型中，提出了一種顯式且高效的三維（漸變）周期結構拓撲優化設計方法，既可將三維時變長度柔性構件設計為非周期結構，也可將其設計為周期結構，包括漸變周期結構。

（5）針對多柔體系統動力學特性優化設計問題，基於移動可變形組件方法提出兩種頻率拓撲優化模型，一是最大化多柔體系統中柔性構件的第一階共振頻率，二是最大化多柔體系統中柔性構件任意相鄰兩階共振頻率的間隙。為了避免旋轉矩形薄板在不同轉速下的局部模態問題，提出了低密度區域中薄板單元質量矩陣和剛度矩陣的懲罰函數。此外，為了解決優化過程中可能出現的模態交換和重頻等問題，在移動可變形組件的框架下，推導了單重特徵值和多重特徵值的靈敏度計算公式。

*

原標題：《【獎勵聚焦】2019年度中國力學學會優秀博士學位論文獲獎人介紹：孫加亮》

閱讀原文

特別聲明

本文為澎湃號作者或機構在澎湃新聞上傳並發布，僅代表該作者或機構觀點，不代表澎湃新聞的觀點或立場，澎湃新聞僅提供信息發布平臺。申請澎湃號請用電腦訪問http://renzheng.thepaper.cn。

評論（）