框架結構優(yōu)化設計理論與應用研究.pdf

1、東南大學博士學位論文框架結構優(yōu)化設計理論與應用研究摘要本課題主要以具有離散變量特誕的工程框架結構為研究對象，在其結構優(yōu)化建模及優(yōu)化搜索技術方面作了深入的研究。(課題主要內容如下:1.以常州K江客車集團的CJ6121GCHK型客車車身骨架為例，闡明了框架結構有限梁單元的建模及結果分析的方法。2.將框架結構的拓撲優(yōu)化問題降級為板殼結構的厚度尺寸優(yōu)化問題來加以解決，通過對空間板殼結構進行厚度尺寸優(yōu)化來獲取框架產品的拓撲結構。以藍深集團的污水處

2、理框架機械為工程實例進行了仿真驗證。3.對于結構尺寸優(yōu)化問題，運用結構優(yōu)化準則方法，推導出了離散設計變量對目標函數的靈敏度。根據靈敏度的導引，使得結構材料逐漸從對目標函數有較小影響的位置轉移到對其有較大影響的位置，直至獲得最優(yōu)解。以藍深集團的污水處理框架機械為分析對象，基于本課題提出的思想，在ANSYS有限元分析軟件包中，運用APDL語言進行了編程實現(xiàn)。4.將數學方法上的關系映射反演原則引入優(yōu)化領域，在每一次優(yōu)化迭代中，利用達芬公式建立

3、起各變量之間的近似映射關系，將空間梁單元截面的多變量問題轉換為單變量問題，極大地減少了復雜結構的優(yōu)化設計變量數量。充分利用現(xiàn)有型鋼的國標離散值表，根據實際工程的優(yōu)化要求對表中數值進行了處理，建立起梁主慣性矩和截面積的單調遞增的近似映射關系，從而減少了優(yōu)化設計變量數量。5.利用相對差商的概念，將框架結構形狀變量和截面尺寸變量統(tǒng)一考慮，根據兩類變量的相對差商值確定優(yōu)化搜索的方向。當將兩類變量在一個標準體系內統(tǒng)一考慮時，其本身也就反映了形狀優(yōu)

4、化的本質，不僅減少了迭代次數，而且增加了獲取全局最優(yōu)解的概率。在優(yōu)化模型中用位移和重量的相對差商值確定優(yōu)化搜索方向，用應力約束校核解的可行性(考慮位移約束的全局性和應力約束的局部性):在尋優(yōu)中假定各力矩在一次有限元分析中是靜定的、在兩次相鄰的有限元分析中是呈線性關系的將隱性的位移和應力約束函數作顯性化的近似處理:對形狀變量設定運動極限以避免模型中有限元網格的重劃分。這些措施極大地減小了結構優(yōu)化中的計算工作量。G.充分利用基因算法的隨機性

5、特點及確定性搜索方法的精確引導性特點，在結構優(yōu)化的不同階段分別運用基因算法與相對差商法進行結構優(yōu)化:在優(yōu)化的初始階段，采用基因算法作大范圍搜索，迅速地進入最優(yōu)解區(qū)域然后利用相對優(yōu)區(qū)域內進行較為精確地搜索。該混合算法減少了優(yōu)化迭代的次數。關鍵詞:框架結構，有限元法，優(yōu)化準則方法，離散變量，結構拓If化設計，靈敏度，關系X反演，相對差商法。基因算法1為南人學博十學位論文框架結構優(yōu)化設計理論與應用研究areapproximatelyexpre

6、ssedbyexplicitfunctionsmovinglimitsforshapingvariablesaresettoavoidtheremeshingoffiniteelementmodel.Themeasuresreducecomputationofoptimizationandanalysis6.Takingadvantageofrandomcharacteristicofgeneticalgorithmsandcharac

7、teristicofdefiniteoptimizationsearchingdirectionoftherelativedifferencequotientmethodgeneticalgorithmandtherelativedifferencequotientmethodisappliedseparatelyindifferentoptimizationstage:inthefirstoptimizationstagegeneti

8、calgorithmsareappliedtogetarangeofsolutionoptimumrapidlyinalargepossiblesolutionscopeinthesecondstagetherelativedifferencequotientmethodisadoptedtosearchpreciselyforsolutionoptimumindownsizingsolutionrange.KeyWords:frame