預(yù)應(yīng)力空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論及可靠性分析.pdf

1、由于配索預(yù)應(yīng)力空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)具有造型優(yōu)美、受力合理、經(jīng)濟效果好等一系列的優(yōu)點，使得這一新型結(jié)構(gòu)形式體現(xiàn)出了強大的生命力，其應(yīng)用范圍越來越廣闊，建造規(guī)模越來越宏大。為了促進該種結(jié)構(gòu)的發(fā)展，本文在簡要介紹預(yù)應(yīng)力空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)基本概況及基本原理的基礎(chǔ)上，從連續(xù)變量和混合變量兩方面系統(tǒng)分析了配索預(yù)應(yīng)力空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的優(yōu)化原理，并對該種結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)可靠性進行了深入的分析，同時進行了結(jié)構(gòu)基于剛強度系統(tǒng)可靠性的優(yōu)化分析。本文的主要內(nèi)容概括如下：
　　

2、 1.在分析、總結(jié)國內(nèi)外相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，對預(yù)應(yīng)力空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的基本概況及基本原理進行了闡述，系統(tǒng)地介紹了該種結(jié)構(gòu)的拉索布置、預(yù)應(yīng)力加載、受力機理等相關(guān)內(nèi)容，并利用“直接剛度法”推導(dǎo)了預(yù)應(yīng)力索的單元剛度矩陣，為該種結(jié)構(gòu)的有限元分析奠定了基礎(chǔ)。
　　 2.對結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的常用算法進行了綜述，并根據(jù)預(yù)應(yīng)力空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)設(shè)計變量的特點，詳細介紹了本文采用的復(fù)合形算法和遺傳算法的相關(guān)內(nèi)容。在利用這兩種算法進行預(yù)應(yīng)力空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析時，

3、針對復(fù)合形法后期收斂速度緩慢的特點，給出了多次復(fù)合形法的改進措施。針對遺傳算法搜索時間長、易于早熟、局部尋優(yōu)能力差等缺點，給出了相應(yīng)的改進措施，使之更加有效地適用于該種結(jié)構(gòu)。
　　 3.預(yù)應(yīng)力空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析過程中，需要處理桿件截面和預(yù)應(yīng)力對應(yīng)的兩種不同的設(shè)計變量，若將這兩種變量劃分在不同的空間，則會降低優(yōu)化效果，甚至無法得到真正的最優(yōu)解。本文將這兩種設(shè)計變量量于同一空間，采用適宜的優(yōu)化算法對預(yù)應(yīng)力空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計

4、。首先，將桿件截面和預(yù)應(yīng)力變量均視為連續(xù)型變量，采用多次復(fù)合形法進行優(yōu)化分析，給出了優(yōu)化模型和具體的優(yōu)化步驟；其次，結(jié)合工程實際，將桿件截面變量視為符合型鋼規(guī)格的離散變量，將預(yù)應(yīng)力仍視為連續(xù)變量，采用混合變量編碼方式的遺傳算法對預(yù)應(yīng)力空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化計算，同樣給出了優(yōu)化模型和優(yōu)化步驟。算例表明，后一種預(yù)應(yīng)力空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法更為合理有效。
　　 4.預(yù)應(yīng)力空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的高次超靜定決定了該種結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性分析的復(fù)雜性。本文在

5、概括總結(jié)結(jié)構(gòu)可靠性分析方法的基礎(chǔ)上，詳細介紹了分枝限界法和PNET法的相關(guān)內(nèi)容，并對預(yù)應(yīng)力空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)可靠性進行了深入的分析。給出了結(jié)構(gòu)系統(tǒng)強度安全余量方程，推導(dǎo)了系統(tǒng)剛度的安全余量方程，分析了結(jié)構(gòu)系統(tǒng)剛強度失效模式之間相關(guān)性問題，得到了結(jié)構(gòu)系統(tǒng)剛強度可靠性指標(biāo)的計算公式。
　　 5.在預(yù)應(yīng)力空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性分析的基礎(chǔ)上，進行了結(jié)構(gòu)基于系統(tǒng)剛強度可靠性的優(yōu)化分析。建立了以系統(tǒng)可靠度為約束條件、以結(jié)構(gòu)自重為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)