基于遺傳算法的單層桿系空間結構優(yōu)化設計.pdf

1、平面投影為圓形的單層桿系空間結構的優(yōu)化設計是離散體結構優(yōu)化設計的一個熱點。以往的研究都是在既有的一種或數(shù)種單層球面網殼的基礎上進行的,以球面曲率半徑、結構中的網格數(shù)量、桿件截面為優(yōu)化變量,所得優(yōu)化結果仍然是具有特定桿件連接方式的某類單層球面網殼。本文創(chuàng)建的優(yōu)化方法在一定程度上突破了這種局限,對該類結構的優(yōu)化設計方法做出了新的探索。
　　本文借鑒桁架結構拓撲優(yōu)化設計中普遍采用基結構的做法,構造了一種網格劃分方式,以其為基礎,形成初始

2、桿件布置方案,根據對稱性對桿件及節(jié)點進行分組,采取對每組節(jié)點給定一組豎向可能位置、對每組桿件給定兩種狀態(tài)(布置或不布置)、對桿件可選截面給定一個按截面特性升序排列的截面表的方式,基于遺傳算法,分別建立了形狀、桿件布置、桿件截面優(yōu)化方法,并通過算例,驗證了形狀、桿件布置和桿件截面變量之間的相互影響。
　　其中,桿件布置優(yōu)化方法是在處理結構整體性遭到破壞、優(yōu)化鴻溝以及無效節(jié)點上荷載再分配等問題的基礎上建立的。結構整體性遭到破壞即是指桿

3、件布置優(yōu)化過程中,有可能在結構域中出現(xiàn)桿件或桿件群的“孤島”從而導致結構總體剛度矩陣奇異;優(yōu)化鴻溝是指從一種不良的桿件布置方式向較優(yōu)的桿件布置方式進化時要經歷一種更不良的桿件布置方式;無效節(jié)點是指隨桿件布置優(yōu)化的進行而在結構域中出現(xiàn)的沒有桿件以其為端點的“孤點”,對其上荷載的再分配即是將荷載按照一定規(guī)則分配到與其相鄰的有效節(jié)點上。
　　在以上工作的基礎上,建立了同時對形狀、桿件布置、桿件截面進行優(yōu)化的布局優(yōu)化方法。其中的關鍵是:用

4、三條染色體分別存儲結構的形狀、桿件布置、桿件截面信息,并將其定義為一組染色體,制定相關規(guī)則,并以成組染色體為單位進行遺傳算法相關操作。
　　應用布局優(yōu)化方法,分別對有節(jié)點制約條件、有孔洞制約條件以及既無節(jié)點制約又無孔洞制約條件下的結構優(yōu)化設計進行研究。節(jié)點、孔洞制約條件指結構中某些位置的節(jié)點、孔洞必須存在。相關優(yōu)化結果表明:制約節(jié)點的數(shù)量和位置、節(jié)點和孔洞制約條件的有無都會對優(yōu)化結果產生影響。
　　另外,為了提高單層球面網殼