基于遺傳算法的單層桿系空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、平面投影為圓形的單層桿系空間結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是離散體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一個(gè)熱點(diǎn)。以往的研究都是在既有的一種或數(shù)種單層球面網(wǎng)殼的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,以球面曲率半徑、結(jié)構(gòu)中的網(wǎng)格數(shù)量、桿件截面為優(yōu)化變量,所得優(yōu)化結(jié)果仍然是具有特定桿件連接方式的某類單層球面網(wǎng)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(duì)該類結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法做出了新的探索。
　　本文借鑒桁架結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)中普遍采用基結(jié)構(gòu)的做法,構(gòu)造了一種網(wǎng)格劃分方式,以其為基礎(chǔ),形成初始

2、桿件布置方案,根據(jù)對(duì)稱性對(duì)桿件及節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分組,采取對(duì)每組節(jié)點(diǎn)給定一組豎向可能位置、對(duì)每組桿件給定兩種狀態(tài)(布置或不布置)、對(duì)桿件可選截面給定一個(gè)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(guò)算例,驗(yàn)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(jié)構(gòu)整體性遭到破壞、優(yōu)化鴻溝以及無(wú)效節(jié)點(diǎn)上荷載再分配等問(wèn)題的基礎(chǔ)上建立的。結(jié)構(gòu)整體性遭到破壞即是指桿

3、件布置優(yōu)化過(guò)程中,有可能在結(jié)構(gòu)域中出現(xiàn)桿件或桿件群的“孤島”從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)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(jìn)化時(shí)要經(jīng)歷一種更不良的桿件布置方式;無(wú)效節(jié)點(diǎn)是指隨桿件布置優(yōu)化的進(jìn)行而在結(jié)構(gòu)域中出現(xiàn)的沒有桿件以其為端點(diǎn)的“孤點(diǎn)”,對(duì)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(diǎn)上。
　　在以上工作的基礎(chǔ)上,建立了同時(shí)對(duì)形狀、桿件布置、桿件截面進(jìn)行優(yōu)化的布局優(yōu)化方法。其中的關(guān)鍵是:用

4、三條染色體分別存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)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(guān)規(guī)則,并以成組染色體為單位進(jìn)行遺傳算法相關(guān)操作。
　　應(yīng)用布局優(yōu)化方法,分別對(duì)有節(jié)點(diǎn)制約條件、有孔洞制約條件以及既無(wú)節(jié)點(diǎn)制約又無(wú)孔洞制約條件下的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。節(jié)點(diǎn)、孔洞制約條件指結(jié)構(gòu)中某些位置的節(jié)點(diǎn)、孔洞必須存在。相關(guān)優(yōu)化結(jié)果表明:制約節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和位置、節(jié)點(diǎn)和孔洞制約條件的有無(wú)都會(huì)對(duì)優(yōu)化結(jié)果產(chǎn)生影響。
　　另外,為了提高單層球面網(wǎng)殼