输电塔结构离散变量优化设计方法

鉴于格构式输电塔结构具有杆件众多、型式复杂等显著特点,所以建设和发展既安全可靠,又经济合理的此类结构一直是工程界的研究热点和难点。因此,该文提出了一套完整的基于蚁群优化算法的输电塔结构离散变量优化设计方法。该方法是在结构的截面、拓扑和形状变量统一转化为离散变量的基础上,将4类不同层次的优化问题统一为不同规模的标准化旅行商问题,并最终采用蚁群算法实现输电塔结构的优化设计。通过对某一实际输电塔结构的优化设计表明:该文方法不仅可以简单高效的求解输电塔结构的截面、拓扑、形状和布局优化问题,而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,实现了优化方法和思路的统一。此外,基于蚁群算法的输电塔结构离散变量优化方法通用性强、易于程序化,而且具有非常好的工程应用前景。     

基于改进人工鱼群算法的机械故障聚类诊断方法

发展新的理论或方法快速准确地实现机械故障信号的聚类诊断是众多学者研究热点。由于人工鱼群优化算法具有结构简单,良好的并行性、快速性等特点,把人工鱼群优化算法引入机械故障诊断中。基于人工鱼群算法的基本原理提出了一种改进的人工鱼群追尾聚类算法,定义了相似度因子和聚类判别因子,建立了模拟人工鱼群追尾行为的机械故障聚类诊断模型,并将之应用于机械故障特征信息的聚类分析。实例分析表明了本文方法的有效性。     

行波效应对大跨越输电塔－线体系纵向地震响应影响

由于特高压大跨越输电塔－线体系塔身高跨度大,仅考虑单塔及塔－线体系的一致地震输入是远远不够的。本文考虑地震波沿大跨越线路传播时引起的地震行波效应,建立了特高压大跨越输电塔-线体系精细的三维空间有限元模型,运用几何非线性动力时程分析方法研究了纵向地震作用下大跨越输电塔－线体系的地震响应特性,并和一致地震动输入下的反应进行了对比。结果表明：行波效应既可以增加又可以减小塔身的地震响应,主要与地震动作用于大跨越两端输电塔的相位差有关;行波效应对导线跨中竖向位移响应影响十分明显,但对导线内力响应影响很小     

遮挡山体对输电塔线体系风振疲劳的影响

山地地形中遮挡山体使风场更加复杂,对结构的风致响应也造成了较大影响。为此,本文首先基于风洞试验研究了遮挡山体的不同坡度、高度以及间距对受扰山体风场特性的影响,通过对13种工况中受扰山体的山顶和背风面加速比的变化情况进行分析,得到了遮挡山体对风场的影响规律。然后,根据风向风速实测数据计算出风向风速联合分布的统计概率,结合时域和频域疲劳累积损伤理论,提出了输电塔线体系风振疲劳的建议算法。最后,基于试验数据及统计概率对某特高压输电塔线体系在各工况的风场条件下分别进行了风振疲劳分析,结果表明：输电塔疲劳寿命随遮挡山体坡度呈先增后减的复杂变化趋势,山体背风面山脚疲劳寿命最短;坡度相同而高度不同的遮挡山体未对输电塔疲劳寿命造成明显变化;遮挡山体间距较小时输电塔疲劳寿命最短,但随着遮挡间距增加受扰山体风场逐渐趋于稳定,疲劳寿命随之延长。     

基于鱼群优化算法的无线传感器网络部署

摘 要：无线传感器网络的部署优化能够提高网络覆盖率和服务质量。针对由固定节点和少量移动节点构成的无线传感器网络,提出了一种基于鱼群算法的网络部署优化方案。以网络覆盖率为目标函数,将移动节点的位置迁移过程抽象为人工鱼的追尾和觅食行为。并在人工鱼状态更新过程中,加入了虚拟力影响因子来引导人工鱼的游动方向。模拟实验结果证明,融合虚拟力的鱼群算法全局寻优能力强,可有效提高网络覆盖率,优化网络性能。     

格构式输电塔结构多质点简化模型研究

采用“串联多质点系”力学模型,建立了典型500kV酒杯型输电塔和鼓型输电塔简化模型。根据高频动态测力天平风洞试验结果,计算了输电塔简化模型的风致响应,与根据实际结构有限元模型的结果进行了比较,对简化模型的计算误差及适用性进行了分析。结果表明,简化模型不适合用于格构式结构局部杆件的响应分析,但在计算反映结构整体特性的响应时具有较高的精度。     

高速凸轮NURBS廓线改进人工鱼群多目标动力学优化

为改善高速凸轮机构动力学性能,首先采用非均匀有理B样条（NURBS）重构凸轮廓线,建立高速凸轮单自由度弹性动力学模型,进行高速凸轮机构多目标动力学优化设计。然后利用改进人工鱼群算法求解该模型,获取系统Pareto最优解从而得到优化后的NURBS廓线。最后,分析和比较高速凸轮机构在NURBS和修正正弦两种廓线下的动力学响应。结果表明：改进人工鱼群算法可以有效解决多目标优化问题,优化后NURBS廓线运动学特性与修正正弦廓线相差不大,在一定程度上降低了高速凸轮机构的残余振动幅值,提高了高速凸轮机构的定位精度和动力性能,减少了振动和冲击的噪声。     

高压输电线路覆冰倒塔非线性屈曲分析

本文以湖南地区挂靖线220KV输电线路覆冰倒塔为例,按原工程资料建立精细化输电塔-线体系有限元模型。依据三峡地区覆冰资料建立覆冰增长曲线,考虑水平垂直档距、高差、不均匀覆冰和风荷载影响,对覆冰和风荷载作用下输电塔-线体系进行非线性屈曲分析,计算出覆冰荷载以及风荷载与覆冰共同作用下输电塔结构的极限承载能力,分析了倒塔的主要原因。研究表明,过载和不均匀覆冰引起的不平衡张力以及风荷载是倒塔的主要原因,重冰区覆冰架空输电线路技术设计规程的荷载水平需要进一步提高。     

输电塔气动力系数和气动导纳风洞试验研究

输电塔结构的非定常抖振力与来流风速之间存在复杂的非线性关系,基于风洞试验得到的某1 000 k V格构式直线输电塔弹性模型的基底力以及参考高度处同步采集的风速时程,采用线性和高斯两种近似假定计算了非定常气动力系数并与试验值进行了比较;提出了包含结构气动阻尼效应在内的总气动导纳的概念,通过基底脉动力谱和来流脉动风速谱的比值对总气动导纳函数进行识别,并用基于频域相干函数对导纳函数的线性部分进行了估计。结果发现,风偏角线性近似所计算静气动力系数的偏差较高斯近似小;由于气动抖振力非定常性质明显,不考虑总气动导纳函数将高估输电塔模型的抖振响应;脉动风力与脉动风速间有较强的非线性关系,用线性导纳函数计算的抖振力谱将低估脉动风分量的影响。     

输电塔减震主动控制中GMM作动器的优化布置研究

利用大型分析软件ANSYS建立输电塔有限元模型,并对模型进行简化,从中提取模型的质量矩阵和刚度矩阵,然后基于遗传算法对输电塔简化模型进行自主研发的GMM（Giant Magnetostrictive Material）主动杆件布置位置的优化计算,得出不同数量的GMM主动杆件在输电塔抗震控制中的最优布置位置。同时采用LQR算法对比分析了在一维和三维El—Centro地震波作用下有、无减震控制措施的输电塔位移和加速度地震响应。通过有关参数分析计算,分析表明采取GMM主动杆件进行主动控制能明显衰减输电塔模型的地震响应,具有比较理想的减震效果。     

结构损伤检测的人工鱼群算法

结构损伤检测实际上属于系统识别的问题,其最终目标是识别结构损伤前后物理参数的变化。可利用实测结构模态参数建立方程求解得到结构物理参数,该过程在数学上往往转化为求解约束优化问题。由此,尝试采用人工鱼群算法来求解这类大型土木工程约束优化问题,首先介绍了算法的参数定义、行为描述及算法流程,然后利用经典测试函数对算法计算性能进行测试,最后给出了结构损伤识别这类约束优化问题的目标函数并通过数值仿真验证了该算法的有效性和鲁棒性。考虑测量噪声影响并通过不同损伤工况的数值仿真,研究结果表明,人工鱼群算法能有效地检测出损伤单元所处位置和损伤程度,因而将其应用到结构损伤检测领域是可行的。     

基于人工鱼群算法的结构模型修正与损伤检测

提出结构模型修正结构损伤检测的人工鱼群算法。将结构模型修正与结构损伤检测结构动力学逆问题转化为约束优化数学问题,并尝试用人工鱼群算法求解。介绍人工鱼群算法基本原理,定义关键参数并描述觅食、聚群、追尾及随机等行为;据模型修正原理利用结构损伤前后模态特性数据定义优化问题目标函数;通过两层刚架不同损伤工况数值仿真、三层框架试验数据验证方法的有效性。结果表明,基于人工鱼群算法的结构模型修正与损伤检测方法能有效修正结构有限元模型,在不同噪声水平及各种结构损伤工况下不仅能准确定位结构损伤且能精确识别损伤程度。     

Optimal design and analysis of mechanical draft cooling tower using improved Jaya algorithm

A cooling tower is an imperative component of industrial plants. The minimization of energy related expenses is critical for conservation of resources and energy savings. Hence, the present study explores the use of an improved Jaya algorithm called self-adaptive Jaya algorithm for optimal design of cooling tower from economic facets. In this work, six different examples are considered in the design optimization of mechanical draft cooling tower. Various researchers have attempted the same mathematical models by using different methods like Merkel method, Poppe method and artificial bee colony (ABC) algorithm. The results achieved by using the proposed self-adaptive Jaya algorithm are compared with the results achieved by using the Merkel method, Poppe method, ABC algorithm and basic Jaya algorithm. The proposed self-adaptive Jaya algorithm determines the population size automatically and the user need not tune the population size. The proposed self-adaptive Jaya algorithm is proved better as compared to the other optimization methods with respect to achieving the optimal value of the objective function at less computational effort.     

基于改进OS-ELM的冷连轧在线轧制力预报

冷轧轧制力预报结果直接影响板(带)材轧制精度和产品质量。冷轧工艺复杂,参数耦合性强,模型不易建立且与实际偏差较大,针对这些问题,提出一种改进在线序列极限学习机。在初始训练阶段使用量子粒子群算法优化权值和阈值;在线训练阶段根据当前训练数据中隐含层对网络输出的贡献度调节网络的拓扑结构,实现了结构和参数的自组织,并结合极限学习机变形抗力子模型在线预报轧制力。实验结果表明,该自组织在线序列极限学习机在训练速度和精度方面较之人工蜂群优化的反向传播神经网络和基于增强型增量极限学习机有较大的提高。     

环境激励下输电塔动力特性参数识别

输电塔的动力参数是进行抗风设计的重要依据,其中阻尼比的取值对输电塔风振系数的计算影响显著。以一基110 kV输电塔为背景,分别采用环境随机激振和牵引绳激振对输电塔施加激振作用,采用修正平均周期图法消除环境噪声对真实信号的干扰,在考察峰值频率相干度在95%以上的基础上,采用半功率带宽法识别输电塔的频率和阻尼比等动力参数。研究结果表明:修正平均周期图法对实测数据信号有良好的降噪效果,有效减小噪声干扰产生的阻尼比识别误差;采用环境激励能准确识别输电塔的动力参数。     

基于人工鱼群算法-极限学习机的多手势精准识别

手势作为人机交互的重要方式,因灵活性与便捷性强,已成为控制领域的研究重点。针对上肢康复机器人手势识别技术存在的不足,结合特征组合与滑动窗口法,提出一种基于人工鱼群算法（artificial fish swarm algorithm,AFSA）优化的极限学习机（extreme learning machine,ELM）的多手势精准识别方法,以提高手势识别的准确率。首先,运用表面肌电测量系统采集人体常用的8种手势对应的表面肌电信号（surface electromyography,SEMG）,作为后续分类模型的信号源,并运用去噪技术与起止点检测技术对SEMG进行预处理;然后,选取通过主成分分析（principal components analysis,PCA）降维处理后的最优特征组合与最优滑动窗口;接着,采用AFSA搜寻ELM的最优输入权值和隐含阈值,以提高其分类准确率;最后,对AFSA优化的ELM（AFSA-ELM）分类模型、反向传播（back propagation,BP）神经网络分类模型和未优化的ELM分类模型进行比较,以验证所提出方法的精准性。实验结果表明,结合最优特征组合与最优滑动窗口设计的AFSA-ELM分类模型对多种手势的平均识别准确率高达97.4%,比BP神经网络分类模型和未优化的ELM分类模型分别高3.5%和1.6%,验证了所提出方法的识别精准性。研究结果可为手势识别提供新思路,进而为人体上肢动作的深度分析和上肢康复机器人手势识别算法的优化提供理论基础和参考。     

离散变量桁架结构拓扑优化设计的混合算法

将相对差商法和混沌优化结合起来,形成求解离散变量桁架结构拓扑优化设计的混合算法。利用相对差商法可以对离散变量快速寻优的特点,及混沌变量的全局遍历性,可以有效地跳出局部最优解,达到拓扑优化全局寻优的目的。通过采用和准最优解的对比及几何稳定性的判断等辅助性技术,降低了重分析次数。同时,高效的重分析方法的结合,提高了求解的效率,也避免了拓扑优化问题中求解的一些困难。算例表明,该算法对于离散变量的拓扑优化设计问题是快速有效的。     

基于阻尼材料拓扑分布的结构-声辐射优化

基于拓扑优化思想,提出一种人工材料假设,建立了阻尼材料铺设的拓扑优化数学模型。在阻尼材料用量一定的情况下实现阻尼材料最优分布,达到减振降噪之目的。采用遗传算法进行求解,进行了阻尼材料和人工材料的转换,实现了阻尼材料的拓扑优化。数值算例表明:所提方法在减振降噪设计中具有可行性和有效性,有较好的工程应用价值,可为阻尼材料的敷设提供一种可行有效的思路。