結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化啟發(fā)式算法的研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對工程結(jié)構(gòu)提出了更高的使用要求，如何在滿足約束的基礎(chǔ)上更好地對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，一直是工程界不斷努力追求的目標(biāo)。結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化是一種非常優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方法，它是通過設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的最優(yōu)拓?fù)錁?gòu)型而獲得創(chuàng)新結(jié)構(gòu)構(gòu)型，在實(shí)際工程中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。
　　啟發(fā)式優(yōu)化算法的設(shè)計(jì)與應(yīng)用是結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化領(lǐng)域中一項(xiàng)很有意義的研究。啟發(fā)式算法的設(shè)計(jì)思路通常是建立在簡單而直觀的概念基礎(chǔ)上，其中的一些概念是由所謂的自然界的智慧所促使

2、，比如遺傳算法采用了自然界優(yōu)勝劣汰的進(jìn)化原理，模擬退火算法則源于對退火過程的模擬。這類算法難以用解析的方法進(jìn)行研究，因此缺少嚴(yán)格的數(shù)學(xué)證明。但是，其對優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的數(shù)學(xué)性質(zhì)（例如連續(xù)性，可導(dǎo)性，線性或非線性）往往沒有過高的要求，因此特別適合于常規(guī)方法不易求解的復(fù)雜優(yōu)化問題。在眾多學(xué)者的不懈努力下，這一領(lǐng)域的研究已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，并在工程領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。
　　本論文對結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化啟發(fā)式算法進(jìn)行研究，內(nèi)容涉及桁架結(jié)構(gòu)與連續(xù)結(jié)構(gòu)

3、、確定性優(yōu)化方法與隨機(jī)性優(yōu)化方法、靜力學(xué)優(yōu)化與動力學(xué)優(yōu)化、以及聯(lián)系工程實(shí)際的優(yōu)化手段。本文研究得到了國家自然科學(xué)基金（編號：11072146,10772112,11002087）、教育部博士點(diǎn)基金（編號：20070248032）、上海市教委科研重點(diǎn)項(xiàng)目（編號：09ZZ17）和海洋工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主研究課題（編號：GKZD010807）的資助，主要研究內(nèi)容和成果總結(jié)如下：
　　(1)較為全面地綜述了結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的研究進(jìn)展。介紹了

4、結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的建模、求解方法和存在的數(shù)值問題及其解決途徑。
　　(2)研究了遺傳算法的原理。使用罰函數(shù)把結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化中的有約束極值問題轉(zhuǎn)換成遺傳算法能求解的無約束極值問題。使用遺傳算法求解了桁架結(jié)構(gòu)在靜力學(xué)約束和動力學(xué)約束下的拓?fù)鋬?yōu)化問題。
　　(3)分別針對桁架結(jié)構(gòu)和連續(xù)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了在靜力學(xué)應(yīng)力約束下的啟發(fā)式生長進(jìn)化算法。優(yōu)化計(jì)算從簡單設(shè)計(jì)區(qū)域開始，在迭代過程中同時(shí)考慮單元的刪除和添加，在應(yīng)力高的單元周圍生長出新單元，同時(shí)

5、刪除應(yīng)力值較低的單元，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的自生長和自進(jìn)化。
　　(4)利用基結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了靜力學(xué)約束下連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的快速進(jìn)化算法及其改進(jìn)方法，通過比較相鄰兩次迭代過程中結(jié)構(gòu)各單元的性能指標(biāo)，并采用擾動技術(shù)，計(jì)算出下一迭代步中的優(yōu)化變量值。
　　(5)為了解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)中的建模及求解問題，設(shè)計(jì)了ANSYS接口，采用動態(tài)數(shù)組在MATLAB和ANSYS間傳遞數(shù)據(jù)。對空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算，得到了較好的結(jié)果。研究了平滑處理技術(shù)，