黄冀卓[1]2003年在《基于遗传算法的钢结构截面优化》文中研究表明随着计算机的日益普及和优化算法的快速发展，将计算机和先进的优化思想融合进工程结构领域，对结构(或构件)进行快速、准确的优化设计，已经成为当前工程结构设计领域不可避免的趋势。本文正是基于这样的背景之下，并结合当前钢结构迅猛的发展势头，提出了钢结构截面优化设计这样一个具有实际工程应用前景的课题。钢结构截面优化设计属工程结构优化问题，由于工程结构优化问题具有其自身的特点，所以传统的数学优化方法已经不再适用。遗传算法作为现代优化算法的一个分支，以其宽松的优化条件、独特的仿生模拟、优良的优化效果，使其在工程结构优化领域中的应用成为可能。 本文首先针对简单遗传算法(SGA)中存在的收敛速度慢、易陷入局部极小点(即早熟)等缺点，对其进行了改进。实例表明，改进遗传算法(IGA)不论是对于连续或离散的、线性或非线性的、有约束或无约束的等优化问题都表现出较强的适应性和稳定性。接着，对于钢结构截面，根据其不同的受力情况和截面形式，首次建立了完善的钢结构截面优化模型库，通过调用不同的钢结构截面数学模型，可方便地对各种钢结构截面进行优化设计。算例结果表明，改进遗传算法用于钢结构截面优化设计是有效可行的。最后，基于钢结构截面优化工作的基础上，给出各种不同受力条件下的截面形式优选建议，所得结论为钢结构设计工程师的构件选型设计提供了依据，具有实际工程意义。
黄冀卓[2]2006年在《钢框架体系优化设计研究》文中指出在多、高层钢结构中，钢框架体系(包括纯钢框架结构和钢框架—支撑结构)是一种常见的结构体系，特别是在钢结构住宅中。如何准确、快速、经济、合理地进行多、高层钢框架体系设计(即对多、高层钢框架体系进行优化设计)，已经成为制约钢结构住宅发展的一个瓶颈。多、高层钢框架体系的优化设计是一个既复杂而又综合的结构优化问题，因为它涉及到优化领域的多个方面：从优化层次来分，包括截面尺寸优化和体系拓扑优化；从优化类型来分，包括单目标优化和多目标优化；从优化算法来分，包括尺寸优化算法、拓扑优化算法、单目标优化算法和多目标优化算法等。正是由于该优化问题的复杂性和综合性，使得该问题的研究具有相当的难度。 本文首次从钢框架和支撑体系两方面系统研究了钢框架体系的优化设计。 首先，考虑到实际钢框架梁柱螺栓连接都是半刚性连接，而且半刚性连接也体现了优化思想，所以研究了半刚性连接钢框架的静力优化设计。推导了考虑连接柔性和几何非线性的局部坐标下的单元刚度矩阵，并对半刚性连接单元的固端力进行了修正；给出了考虑连接非线性、框架的几何非线性和单元内力与连接之间耦合效应的半刚性钢框架结构分析流程；结合工程实际提出了半刚性钢框架的优化数学模型，并采用改进后的遗传算法对其进行优化设计；根据算例分析了半刚性连接对钢框架力学性能及优化结果的影响，提出了一些有益的建议。 其次，针对设计人员对抗震钢框架结构设计具有多个期望值的要求，探讨了抗震钢框架的多目标优化设计。提出了一种求解复杂多约束多目标优化问题的Pareto遗传算法，并给出了抗震钢框架多目标优化问题的数学模型；在此基础上，通过两个抗震钢框架的优化设计实例对优化结果进行了讨论，并为工程设计人员选择最终的妥协解提供了一个可行的指标参数。 接着，在上述钢框架静力和动力优化设计研究的前提下，探讨了支撑体系的静力和动力连续型及离散型拓扑优化设计。 在支撑体系的静力和动力连续型拓扑优化研究中，引入了具有旋转自由度的四边形膜元，并提出了设计区域平均厚度的概念和计算方法；在渐进结构优
刘岩[3]2005年在《基于改进遗传算法的车体钢结构的结构优化》文中认为随着列车提速的深入，对车体轻量化的要求越来越高，因此对车体钢结构进行结构优化成为了车体轻量化的主要途径之一。 在车体钢结构的结构优化中，遗传算法有其突出的优点。传统的优化方法在进行优化时往往不能充分考虑不同类型变量之间的耦合关系。应用遗传算法可以考虑多种不同类型设计变量之间的耦合关系，实现了不同种设计变量的组合优化。由于遗传算法思想的特点，在优化过程中需要进行大量的计算，导致遗传算法的优化效率很低，特别在复杂工程结构中限制了其应用范围。 针对简单遗传算法收敛速度慢等缺点，本文采用了几种改进的遗传算法(IGA)，并把它应用于车体的组合优化中。优化的对象为25T型车体的钢结构。在优化过程中，应用有限元软件MSC．Marc作为分析工具，以横梁的截面类型与拓扑位置作为设计变量，实现两类设计变量的同时优化。改进遗传算法从提高全局搜索性能和收敛速度出发，加入了3个新的操作策略。新的操作策略为最优保存策略、增加转基因算子和采用自适应遗传算子的操作。分别对每一种改进策略编制程序进行计算，验．证了新算法的有效性后，将这些算法互相组合，找出最好的改进方法。 结果证明，改进算法的全局搜索性能和收敛速度明显优于现有的许多遗传算法，提高了车体钢结构的优化效率，增加了遗传算法的应用范围。
黄冀卓, 王湛, 龚明袖[4]2009年在《基于遗传算法的钢结构优化设计及相应软件开发》文中提出针对结构优化问题的强离散性和遗传算法求解离散变量优化问题的有效性,将遗传算法应用于钢结构优化问题的求解。针对简单遗传算法的早熟缺陷进行了改进,并将改进后的遗传算法应用于钢结构的优化设计中。基于改进遗传算法和《钢结构设计规范》(GB50017—2003)开发了钢结构优化设计工具箱。算例表明,软件具有简单、快速、有效等优点。
张卓群[5]2014年在《基于蚁群算法的输电塔结构离散变量优化设计》文中认为输电塔-线体系作为高负荷电能的输送载体,是一种重要的生命线工程。随着人民生活水平的不断提高和国家经济建设的快速发展,建设高耸、大跨越的输电塔-线结构已成为必然趋势,特别是特高压输电线路工程。建设和发展既安全可靠,又经济合理的输电塔结构一直是工程界的研究热点和难点。鉴于现阶段国内外输电塔结构优化设计方法和理论发展的相对滞后,本文在蚁群优化算法和有限分析方法的基础上,提出了一套完整的输电塔结构优化设计与验算分析方法。主要研究内容如下：(1).针对于桁架结构拓扑和形状优化设计存在着设计变量类型不统一,耦合优化困难等问题,本文给出了一种基于蚁群算法的桁架结构多类型变量优化方法。其中,拓扑优化以结构拓扑量和拓扑总量为基础,将拓扑优化问题转化为双TSP问题,并采用蚁群算法实现求解；形状优化则是采用加权耦合的两级优化方式求解此类问题,并且充分发挥了不同类型蚁群算法各自的优势。(2).由于多类型变量优化方法在处理大型复杂结构和布局优化问题时的计算效率过低,本文提出了一种基于蚁群算法的桁架结构离散型变量优化方法,包括：截面、拓扑形状和布局优化方法。通过对多个经典算例的分析与对比表明：本文方法的优化效果显着、简单易行,并且具有非常良好的应用前景。(3).基于蚁群算法在单目标优化问题中的成功应用,本文提出了一种改进的基于离散变量的多目标蚁群优化算法。该方法是在Pareto蚁群算法的基础上,建立“可行解”和“非可行解”集合,并通过替换优化过程中的重复解来提高算法的计算效率。该方法不仅可以求解双目标函数问题,而且能够很好的求解桁架结构多目标优化问题。(4).考虑到输电塔结构的特殊性和复杂性,以及优化方法一致性的要求,本文归纳总结出了一种“基于蚁群算法的输电塔结构离散变量优化设计方法”,并且清晰明确的阐述了不同优化内容的物理意义和优化准则。通过对输电塔结构局部和整体多层次优化设计结果的分析表明：该方法是一种行之有效,且简单实用的结构优化设计方法。(5).鉴于输电塔结构真型试验价格昂贵、费时费力,以及有限元方法的蓬勃发展,本文采用输电塔-线体系连续倒塌模拟方法验算优化设计结果的安全性与可靠性。其中,验算方法基于ABAQUS软件平台,并通过采用显式有限元方法和生死单元技术模拟输电塔-线体系连续性倒塌的全过程。此外,针对不同输电塔模型的倒塌情况,本文还进一步探讨了输电塔结构的薄弱环节、倒塌形式和抗倒塌的能力。
张春玉[6]2010年在《预应力空间网格结构优化理论及可靠性分析》文中研究说明由于配索预应力空间网格结构具有造型优美、受力合理、经济效果好等一系列的优点,使得这一新型结构形式体现出了强大的生命力,其应用范围越来越广阔,建造规模越来越宏大。为了促进该种结构的发展,本文在简要介绍预应力空间网格结构基本概况及基本原理的基础上,从连续变量和混合变量两方面系统分析了配索预应力空间网格结构的优化原理,并对该种结构的系统可靠性进行了深入的分析,同时进行了结构基于刚强度系统可靠性的优化分析。本文的主要内容概括如下:1.在分析、总结国内外相关文献的基础上,对预应力空间网格结构的基本概况及基本原理进行了阐述,系统地介绍了该种结构的拉索布置、预应力加载、受力机理等相关内容,并利用“直接刚度法”推导了预应力索的单元刚度矩阵,为该种结构的有限元分析奠定了基础。2.对结构优化设计的常用算法进行了综述,并根据预应力空间网格结构设计变量的特点,详细介绍了本文采用的复合形算法和遗传算法的相关内容。在利用这两种算法进行预应力空间网格结构优化分析时,针对复合形法后期收敛速度缓慢的特点,给出了多次复合形法的改进措施。针对遗传算法搜索时间长、易于早熟、局部寻优能力差等缺点,给出了相应的改进措施,使之更加有效地适用于该种结构。3.预应力空间网格结构优化分析过程中,需要处理杆件截面和预应力对应的两种不同的设计变量,若将这两种变量划分在不同的空间,则会降低优化效果,甚至无法得到真正的最优解。本文将这两种设计变量置于同一空间,采用适宜的优化算法对预应力空间网格结构进行了优化设计。首先,将杆件截面和预应力变量均视为连续型变量,采用多次复合形法进行优化分析,给出了优化模型和具体的优化步骤;其次,结合工程实际,将杆件截面变量视为符合型钢规格的离散变量,将预应力仍视为连续变量,采用混合变量编码方式的遗传算法对预应力空间网格结构进行优化计算,同样给出了优化模型和优化步骤。算例表明,后一种预应力空间网格结构优化方法更为合理有效。4.预应力空间网格结构的高次超静定决定了该种结构系统可靠性分析的复杂性。本文在概括总结结构可靠性分析方法的基础上,详细介绍了分枝限界法和PNET法的相关内容,并对预应力空间网格结构的系统可靠性进行了深入的分析。给出了结构系统强度安全余量方程,推导了系统刚度的安全余量方程,分析了结构系统刚强度失效模式之间相关性问题,得到了结构系统刚强度可靠性指标的计算公式。5.在预应力空间网格结构系统可靠性分析的基础上,进行了结构基于系统刚强度可靠性的优化分析。建立了以系统可靠度为约束条件、以结构自重为目标函数的优化模型。采用改进遗传算法进行预应力空间网格结构的优化分析,在个体的适应度函数中以罚函数的形式考虑了可靠度的约束条件,并给出了融合有限元理论、系统可靠性理论以及遗传算法理论的结构优化具体流程。结果表明,本文提出的基于系统可靠性的结构优化理论切实可行。
刘坚[7]2003年在《基于结构极限承载力的轻型钢框架结构的计算理论及应用研究》文中认为钢结构具有轻质高强、抗震性能好、工业化程度高、施工速度快、符合环保要求、符合可持续发展概念和科技含量较高等优点，随着我国实行积极采用钢结构的政策以及我国钢总产量进一步提高，建筑钢结构得到迅速的发展，特别是在住宅、办公和旅馆等钢结构建筑中得到越来越广泛的运用。在建筑钢结构中，钢框架结构是一种多高层建筑常用的结构形式，但钢框架结构容易失稳，另一方面，钢结构设计方法存在着结构弹性内力分析与构件弹塑性极限状态设计、把强度与稳定分开来进行设计等不合理现象，因此，对解决以上问题进行研究具有理论和现实意义。随着多高层轻型钢框架的广泛应用，它的设计理论与方法是目前学术界和工程界普遍关注的热点问题。虽然人们已对多高层钢结构的空间静、动力特性进行了大量研究，但由于涉及因素很多，十分复杂，至今许多问题尚未圆满解决，特别是多高层轻型钢框架二阶非弹性分析的计算理论和方法。在计算机迅速发展的时代，使得人们在进行试验研究的同时，有可能通过理论分析进一步认识和发展多高层轻型钢框架二阶非弹性的计算理论，建立基于结构极限承载力的设计理论和方法，研究有效和实用的方法，以达到为轻型钢结构工程设计服务的目的。在分析国内、外有关研究成果基础上，本文主要研究和探讨了基于结构极限承载力的轻型钢框结构架计算理论和应用，重点研究和建立了轻型钢框架结构二阶非弹性分析方法和基于结构极限承载力的计算理论和设计方法。采用计算机高级编程语言，实现了可完成以上理论分析的数值分析计算程序，为轻型钢框架的二阶非弹性分析及基于结构极限承载力的设计方法提供了方便实用的应用工具和手段。通过算例和ANSYS软件论证了本文方法的实用性、有效性和可靠性，并且对基于遗传算法的多高层轻型钢框架优化设计方法也进行了研究。论文主要工作和主要结论如下：（1）根据连续介质力学理论，建立了考虑剪切变形效应的基于稳定插值函数的多高层轻型空间钢框架几何非线性分析的有限元模型；利用修正的拉格朗日列式，从增量虚功平衡方程出发，推导了钢框架结构梁柱单元空间二阶弹性分析的刚度矩阵；研究了基于稳定插值函数考虑剪切变形效应的钢框架空间几何非线性分析的梁柱理论模型。在‘拉弯模型’基础上，首次提出了扭转翘曲稳定函数的概念和计算公式，并推导了基于扭转翘曲稳定插值函数的开口轻型薄壁梁柱单元的扭转翘曲刚度矩阵；同时提出了侧扭几何刚度矩阵；（2）基于平面精细化塑性铰模型，考虑梁柱构件的剪切变形、侧扭变形、翘曲<WP=6>变形、效应、残余应力、几何初始缺陷和材料渐进屈服等影响后，把平面钢框架精细化塑性铰法推广应用到轻型框架空间二阶非弹性分析中；把有限元法与梁柱理论法结合起来，提出了一种新的轻型钢框架空间二阶精细化塑性铰分析法；建立轻型钢框架结构极限承载力的设计方法；研制了基于精细化塑性铰概念的轻型钢框架空间二阶非弹性分析软件，成功地实现了轻型钢框架结构空间二阶非弹性分析及基于结构极限承载力的设计方法。通过ANSYS软件实现了轻型钢框架空间二阶塑性区分析，同时还与一些试验结果及算例进行了对比，利用这些方法验证了本文提出的理论和方法的正确性及精度。（3）针对目前各种连接模型都存在一定缺陷，提出基于神经网络BP算法的半刚性连接节点计算模型。推导了半刚性连接轻型钢框架结构空间二阶非弹性分析新的切线刚度矩阵，建立半刚性连接轻型钢框架结构空间二阶非弹性分析和结构极限承载力设计新的计算方法。在考虑节点半刚性连接、效应和剪切变形之后，提出了柔性连接多高层轻型钢框架结构自振周期的简化计算公式，这使采用底部剪力法在计算柔性连接多高层轻型钢框架地震作用时，更加符合半刚性连接多高层轻型钢框架的实际受力和变形特点。（4）结合本文轻型钢框架的二阶非弹性分析的计算理论和方法及结构极限承载力的设计方法，将遗传算法引入轻型钢框架结构的优化设计中，这为合理地进行轻型钢框架结构工程设计提供了有利的工程指导。
田军营[8]2015年在《基于遗传算法的框架—支撑结构优化研究》文中指出支撑在框架结构中的应用日渐增多,但对框架-支撑结构的优化研究较少。而国内对该种结构的优化研究仅限于具体工程,鉴于此,本文尝试采用遗传算法对框架-支撑结构进行优化研究,该研究具有较大的实用价值。主要工作如下:(1)结合一般遗传算法的优化流程,创建针对框架-支撑结构的优化流程,并对基于遗传算法的框架-支撑结构优化数学模型进行分析与研究。(2)首先,采用Python语言编写的框架-支撑结构参数化建模程序,实现模型的自动创建及分析;然后,给出了基于遗传算法的框架-支撑结构优化程序实现流程,并利用优化软件mode FRONTIER集成ABAQUS创建了针对框架-支撑结构的优化工作流程。(3)分别对叁个算例采用ABAQUS手动优化和遗传算法优化,二者得到的优化结果基本一致,表明将遗传算法应用于框架-支撑结构优化具有可行性和有效性。(4)采用遗传算法对不同设计目标的框架-支撑结构进行优化,研究优化过程对优化参数的敏感性。结果表明优化过程对梁的截面高度较为敏感,当梁的高宽比趋于叁个不同的数值时,优化收敛到叁种不同的结构工况。综上所述,通过编写参数化建模程序,利用软件集成实现结构的优化和分析,将遗传算法应用于框架-支撑结构的优化设计,是一种行之有效的方法。
黄冀卓, 王湛, 龚明袖[9]2005年在《遗传算法在钢结构截面优化设计中的应用》文中认为将遗传算法应用于钢结构截面优化设计问题的求解;并在此基础上建立了钢结构截面优化数学模型库,通过调用不同的钢结构截面数学模型,可方便地对各种钢结构截面进行优化设计。算例结果表明,该优化算法用于钢结构截面优化设计是有效可行的。
陈焕群[10]2008年在《基于遗传算法的半刚性钢框架支撑体系优化设计》文中进行了进一步梳理随着我国经济实力的发展和钢材产量和质量的提高,在建筑结构领域,越来越多的使用钢结构。钢结构具有强度高,重量轻,施工速度快,抗震性能好的优点,近年来建设部在大力推进钢结构住宅的研究与应用,对多高层钢结构的推广有很大的促进作用。在多高层钢结构中,钢框架支撑体系是一种常用的结构体系。目前,在对钢框架进行设计的时候,对梁柱的连接主要还是采用刚性假定或者铰接假定,这些假定对于那些明显呈现出半刚性的节点形式来说,将造成较大的误差。本文首先建立了考虑连接半刚性的钢框架二阶弹性分析程序,然后通过分析不同连接刚度下和刚性连接下钢框架的变形和内力,说明了连接半刚性对内力分布有明显的影响,进而说明基于传统连接假定计算的内力在精细设计中是不适用的。本文采用遗传算法进行了半刚性钢框架支撑体系的优化设计,并且比较了各种半刚性连接与刚性连接情况下钢框架支撑体系优化设计结果的差异。说明了半刚接对框架静力性能具有很大的影响,不能简单的用偏于安全或者偏于不安全来概括。为了使结构设计结果可靠,必须基于连接的实际性能进行设计。随着多高层钢框架结构高度的增加,抗侧力体系的设计成为关键。支撑是一种有效的抗侧力体系。合理的支撑布置形式不但能够有效增强结构的抗侧刚度,而且能够取得较好的经济效果。本文采用遗传算法进行了支撑体系离散型拓扑优化设计。结果显示,拓扑优化能得到更优的支撑布置,进而得到更好的经济效果。
参考文献：
[1]. 基于遗传算法的钢结构截面优化[D]. 黄冀卓. 汕头大学. 2003
[2]. 钢框架体系优化设计研究[D]. 黄冀卓. 同济大学. 2006
[3]. 基于改进遗传算法的车体钢结构的结构优化[D]. 刘岩. 大连交通大学. 2005
[4]. 基于遗传算法的钢结构优化设计及相应软件开发[J]. 黄冀卓, 王湛, 龚明袖. 建筑结构. 2009
[5]. 基于蚁群算法的输电塔结构离散变量优化设计[D]. 张卓群. 大连理工大学. 2014
[6]. 预应力空间网格结构优化理论及可靠性分析[D]. 张春玉. 哈尔滨工程大学. 2010
[7]. 基于结构极限承载力的轻型钢框架结构的计算理论及应用研究[D]. 刘坚. 重庆大学. 2003
[8]. 基于遗传算法的框架—支撑结构优化研究[D]. 田军营. 西安建筑科技大学. 2015
[9]. 遗传算法在钢结构截面优化设计中的应用[J]. 黄冀卓, 王湛, 龚明袖. 四川建筑科学研究. 2005
[10]. 基于遗传算法的半刚性钢框架支撑体系优化设计[D]. 陈焕群. 汕头大学. 2008