結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及其在隧道工程中的應(yīng)用.pdf

1、傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),實(shí)際上指的是結(jié)構(gòu)分析,其過程大致為假設(shè)-分析-校核-重新設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)者根據(jù)設(shè)計(jì)要求和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)通過判斷去創(chuàng)造設(shè)計(jì)方案,然后進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等方面的計(jì)算校核,若不滿足則重新設(shè)計(jì),雖然目的也是要選擇一個(gè)合理的方案,但它仍然只屬分析的范疇,且只能憑設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)作很少幾次重復(fù)以通過“校核”為滿足。結(jié)構(gòu)優(yōu)化指的是結(jié)構(gòu)綜合,其過程大致可歸納為:假定-分析-搜索-最優(yōu)設(shè)計(jì)四個(gè)階段。其中的搜索過程是修改并優(yōu)化的過程。它首先判斷設(shè)計(jì)方案

2、是否達(dá)到最優(yōu)(包括滿足各種給定的條件),如若不是,則按某種規(guī)則進(jìn)行修改,以求逐步達(dá)到預(yù)定的最優(yōu)指標(biāo)。由于結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益,隨著不斷更新的設(shè)計(jì)技術(shù)和日益加劇的產(chǎn)品競爭,這一領(lǐng)域的研宄受到了越來越多的重視。
　　本文分為三個(gè)層次對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的理論及方法進(jìn)行了研宄:分別為尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化。對(duì)尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則法及數(shù)學(xué)規(guī)劃法進(jìn)行了深入的研宄和對(duì)比,探討了兩種優(yōu)化理論的基本概念與基本方法,闡明了幾種方法的計(jì)算過程

3、及其優(yōu)缺點(diǎn)分析。對(duì)形狀優(yōu)化的常用的幾種優(yōu)化理論進(jìn)行了介紹,對(duì)拓?fù)鋬?yōu)化中的均勻化理論進(jìn)行了分析介紹,并且應(yīng)用有限元軟件給出了基于變密度法的算例。
　　并以某隧道襯砌結(jié)構(gòu)為模型,運(yùn)用ANSYS有限元軟件對(duì)其進(jìn)行尺寸優(yōu)化及拓?fù)鋬?yōu)化的設(shè)計(jì)。通過尺寸優(yōu)化前后結(jié)構(gòu)彎矩、軸力以及變形的對(duì)比分析,表明了尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)可以在保證結(jié)構(gòu)安全適用的前提下減少結(jié)構(gòu)的體積,并且均勻化了結(jié)構(gòu)的安全系數(shù),可以使得內(nèi)力分布更加合理,提高了材料的利用率。從而降低了工程

4、造價(jià),取得良好的經(jīng)濟(jì)效益,對(duì)實(shí)際工程有著重要的意義。而拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)則是對(duì)材料進(jìn)行了重新分配,以尋求在給定的邊界條件和外荷載的情況下結(jié)構(gòu)的最佳傳力路徑。在省去不同比例材料情況下,對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì),通過對(duì)比幾種情況的拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果,以及隧道襯砌設(shè)計(jì)的概念圖,對(duì)實(shí)際工程在理論上有著指導(dǎo)性的意義。最后對(duì)隧道洞室的斷面形狀進(jìn)行優(yōu)化,得出在不同側(cè)壓比情況下不同的隧道斷面形狀,不但對(duì)實(shí)際工程有著參考性意義,也為以后更好地對(duì)隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行研宄