改进遗传算法在桁架拓扑优化中的应用

基于桁架拓扑优化,对遗传算法提出了一些改进措施,形成了一种高效综合的遗传算法。在桁架的截面尺寸和拓扑结构混合设计中,对尺寸变量和拓扑变量分别进行二进制编码、交叉和变异,得到桁架拓扑结构和杆件截面尺寸的初解,适当降低尺寸变量编码精度,以加快算法的收敛速度。然后对截面尺寸重新编码,以较高的尺寸精度进行搜索,为了防止陷入局部最优解,取部分初解加入新的父代。算例表明,该算法对离散变量的桁架拓扑优化是快速有效的。     

基于遗传算法的桁架结构布局优化设计

利用遗传算法在Matlab语言环境中对桁架结构进行布局优化设计方法的研究,分别选择杆件截面面积、节点坐标、杆件存在状态为设计变量,同时进行截面尺寸、形状、拓扑三个方面的优化.讨论了实现过程中一些问题的处理,利用结构可能的拓扑形式编号为设计变量进行拓扑优化等,提出利用一个变量控制参数boundsops解决了多类型参数联合编码和离散变量的问题,提出一种结构优化设计实用方法.算例表明,提出的基于遗传算法的桁架结构布局优化设计方法进行桁架结构的布局优化设计比较容易实现,简单、有效,可以产生很好的效益.     

基于虚拟材料法的桁架固频极值求解

基于固频约束时结构动力学拓扑优化的关键约束,提出了一种求解桁架结构固频极值的新方法——基于虚拟材料法的优化计算方法,从节点设计变量和杆件截面积两个层次进行灵敏度分析以进一步优化计算,将拟删除节点相对应的杆件材料特性进行重新赋值,通过极值求解算法以迭代计算得到固频极值。数值算例结果表明所提方法正确、有效。     

预应力索-桁架结构拓扑优化设计

对包括索力值、构件截面尺寸和结构拓扑的预应力索-桁架结构优化设计进行研究.以应力为约束条件,建立以结构质量为目标函数的数学模型.在求解方法上,首先建立求解索力值和构件截面尺寸的线性规划模型;证明了在每个迭代步中,该模型的最优解至少使得1个构件截面尺寸为零,并通过删除零力杆实现结构的拓扑优化设计.算例结果与相应体系理论相吻合,表明本文所提出的方法有效,可为预应力索-桁架结构提供合理的布局.     

一种多工况下桁架结构的拓扑优化设计方法

论文提出了一种桁架结构在多工况作用下满足平衡条件的拓扑优化设计方法。在该方法中,以杆件内力为设计变量,结构重量为目标函数,将拓扑优化模型描述为一个非光滑的数学规划问题,而后通过变量代换将其转化为光滑的非线性规划问题,进而将原问题的解转化为几个线性规划问题的解。方法保证得到两工况下的精确最优解,多工况(大于等于3)下的近似最优解。几个工程算例结果说明了该方法的合理性与有效性。     

基于畸变比能全局化策略的应力拓扑优化

针对受体积约束的应力最小化连续体结构拓扑优化,提出一种改进的双向渐进结构优化方法. 使用Kreisselmeier-Steihauser函数建立畸变比能的全局化函数,以克服应力优化计算量大的难题. 利用伴随变量法求解单元灵敏度,并引入灵敏度过滤及修正方法稳定优化过程. 双向渐进结构优化方法通过逐渐增加和删除单元,使结构进化至最优构型. 3个典型的拓扑优化算例结果表明：提出的方法可有效提升应力拓扑优化的计算效率;与柔度最小化拓扑优化相比,使用适当的凝聚函数参数消除了结构中的应力集中效应,最优设计中的最大应力值较原设计有不同程度下降,提高了结构的强度. 双向渐进结构优化方法使用离散设计变量避免了应力奇异现象,拓扑优化结果的边界清晰.     

应力约束下预应力钢桁架离散变量优化设计

对影响预应力钢桁架优化设计的2类变量,包括连续的索力值和离散的截面尺寸进行研究.建立了以应力和结构质量为约束条件、以最小化结构应变能为目标函数的数学优化模型.以杆件在预应力和外荷载共同作用下储存应变能最小确定施加在索上的预拉力.计算构件由于尺寸改变引起结构质量变化和应变能变化之比的相对差商,以此确定搜索方向.应用渐进结构优化法逐步调整构件截面尺寸,循环迭代,直至索力值和截面尺寸达到最优.算例与预应力钢结构理论结果相吻合,可为预应力钢结构工程设计提供最优的索力值和型钢的选择.     

复合形遗传算法在离散变量桁架结构拓扑优化设计中的应用

为了避免在结构拓扑优化过程中杆件和节点的增删带来的奇异解，设计了一些启发式准则来产生结构可能的拓扑结构形式，再采用混合遗传算法——复合形遗传算法进行截面优化。把复合形法嵌入到遗传算法中，利用复合形法对群体中的可行个体和不可行个体分别进行处理，可提高遗传算法种群的质量，有利于最优解的搜索。该方法既有复合形法快速高效的特点，又有遗传算法全局性好的特点。算例的结果表明，该方法用于桁架结构拓扑优化设计是有效的。     

架空输电铁塔形状优化的研究

输电铁塔是大型空间桁架结构。采用广义变量近似方法研究了桁架结构的形状优化问题。通过选取合适的广义中间变量,可有效地提高近似质量,结构分析次数可降低到与优化准则法同一数量级的水平。近似问题由约束变尺度法求解,原问题的解由近似问题的解的序列逐步逼近。     

桁架结构几何外形的优化设计

桁架结构几何外形优化设计的一种分层方法，即将优化的毒一轮迭代分为两层；在截面层，节点，通过以杆件内力为变量，形成线性规划模型，利用单纯形方法确定出最成人力后，再转换成截面；在节点歧，固定截面，改变传统的以重量为目标函数的做法，而以杆件内力平方和为目标函数，形成非线性规划模型，采用可行方向法进行求解。     

基于杂交算法的机翼结构布局优化设计

为了解决机翼结构布局优化问题,提出一种同时进行拓扑优化、形状优化及几何尺寸优化的杂交优化算法。对拓扑设计变量和形状设计变量采用混合编码方式构造染色体结构,利用MSC/NASTRAN实现尺寸优化,并将其结果作为布局遗传操作的依据,利用混合编码遗传算法进行布局优化。为了加快收敛进程,利用专家知识的启发性功能对布局设计区域进行了有效缩减,以产生符合工程实际要求的布局形式。通过对大展弦比机翼结构的布局优化设计计算,表明文中所提结构布局优化方法减重效果明显,是可行和有效的。     

微分演化算法在桁架形状优化中的应用

为了获得全局最优和解决具有应力约束、几何约束以及局部稳定性约束的桁架形状优化问题中2类不同设计变量耦合给优化带来的困难,将1种新型智能优化算法——微分演化（Differential Evolution,DE）应用于桁架结构的形状优化问题中。给出了考虑节点坐标和截面面积两类不同性质的设计变量的桁架结构优化的数学模型,并对几个经典的桁架结构进行优化,将所得结果与其他优化算法结果进行了比较。数值结果表明了DE算法具有良好的收敛性和稳定性,可以有效地进行桁架结构的形状优化设计。     

微粒群算法在结构优化设计中的应用

结构优化设计对于实际工程具有重要的意义．通过对现有优化方法进行分析。将微粒群算法应用到结构优化设计中,提出了结构优化设计的微粒群算法,并建立了相应的优化模型．介绍了微粒群算法的基本思想、结构优化微粒群模型及其实施的具体步骤,最后通过一个算例验证了该方法的效率和有效性．结果表明该方法科学可行,具有很好的应用前景．     

微粒群算法在结构优化设计中的应用

结构优化设计对于实际工程具有重要的意义.通过对现有优化方法进行分析,将微粒群算法应用到结构优化设计中,提出了结构优化设计的微粒群算法,并建立了相应的优化模型.介绍了微粒群算法的基本思想、结构优化微粒群模型及其实施的具体步骤,最后通过一个算例验证了该方法的效率和有效性.结果表明该方法科学可行,具有很好的应用前景.     

杆件结构大变形问题的优化精确算法

目的研究解决弹性杆件结构在载荷作用下产生大变形时内力和变形量的精确计算问题．方法提出了以变形后平衡状态下杆件变形量与作用力的非线性函数关系构造目标函数，以最终平衡时坐标为设计变量，建立了确定杆件结构大变形问题的无约束直接优化算法．结果通过杆件结构大变形计算方法，采用Fortran PowerSta-tion编制杆件大变形问题计算的通用程序，进行杆件大变形问题实例分析，算例表明可获得较为合理的结果．结论通过建立杆件大变形问题计算新方法，为复杂结构系统大变形问题计算，提供一种可行的分析方法．     

基于ANSYS平台的连续体渐进结构优化设计及其应用

基于ANSYS分析软件平台,在传统的渐进结构优化（ESO）思想的基础上,依据对结构位移灵敏度的分析,较严格地导出了结构的应力灵敏度;并根据荷载的最优传递路线概念提出了一种具有应力约束连续体结构拓扑优化的单元删除策略,从而使得在结构拓扑优化的迭代过程中,最大应力的变化尽可能小,且最优结构所对应的最大应力能控制在容许应力范围之内。若干工程算例的优化结果表明,该方法在结构优化目标质量最轻的前提下计算效率相对较高,且优化结果与工程实际要求较吻合,同时也从数值上验证了该方法的可行性和有效性。     

复合材料空天结构多目标优化设计方法研究

针对空天用智能复合材料结构,将振动控制性能指标、结构重量和固有频率作为目标函数,结构参数和控制系统参数同时作为设计变量进行优化,采用独立模态空间方法,综合考虑到压电材料的力-热-电耦合,对复合材料结构进行多目标优化设计。数值算例表明该方法的有效性。     

应变能约束下多随机参数连续体结构的拓扑优化

研究几何和物理参数均为随机变量的平面连续体结构在结构总应变能约束下的拓扑优化设计问题．以结构总质量均值最小化为目标函数,以结构的形状拓扑信息为设计变量,以结构总应变能概率可靠性指标为约束条件,构建了随机结构的拓扑优化设计数学模型．利用代数综合法,导出了应变能响应的均值和均方差的计算表达式．采用双方向渐进结构优化的求解策略．通过两个算例验证了本模型及求解策略的合理性和有效性．