本文關鍵詞：優(yōu)化算法在結構設計中的應用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 結構優(yōu)化設計出現(xiàn)迄今已有近百年的歷史，特別是在過去的四十年內，無論在其理論、算法還是在應用方面都取得了很大的進展。當前，結構優(yōu)化的研究熱點是拓撲優(yōu)化。拓撲優(yōu)化是指確定結構單元、節(jié)點及內部邊界的空間連接方式。其要求結構工作性態(tài)良好，結構物有較高的安全度和可靠性。拓撲優(yōu)化的主要困難在于其可行域的奇異性，該奇異性表現(xiàn)為可行域在某些點維數(shù)突變及可行域非連通(而奇異點往往難以被搜索到)，因此拓撲優(yōu)化也可看作是在非凸可行域的全局最優(yōu)問題。作為一個全局優(yōu)化問題，數(shù)學規(guī)劃對其沒有特別有效的方法。本文將主要考慮桁架結構的優(yōu)化問題，首先建立數(shù)學模型，即以桁架的橫截面積為設計變量、以重量最小為優(yōu)化目標，位移、應力等可靠性及基頻為約束條件；最后，從工程實際出發(fā)，對結構系統(tǒng)的可靠性隱形約束進行等價顯化處理，使之轉化為常規(guī)的橫截面積優(yōu)化問題。 本文在研究優(yōu)化算法發(fā)展過程的基礎上，分析了典型的優(yōu)化搜索方法：確定性算法如貪婪算法，隨機搜索算法如模擬退火算法，人工智能算法如神經網絡及遺傳算法，根據桁架結構優(yōu)化的特點，最終選擇以遺傳算法作為桁架結構優(yōu)化設計的主要算法。遺傳算法采用簡單的編碼技術來表示各種復雜的結構，并通過對一組編碼表示進行遺傳操作(再生、交叉和變異)和優(yōu)勝劣汰的競爭機制來指導對問題的解空間進行搜索。同時，，遺傳算法具有不用了解問題本身的全部特征的特點，僅僅通過體現(xiàn)進化機制的演化過程來完成對問題的求解。本文設計了一種基于鄰域搜索的自適應演化算法：首先將種群中的個體按適應值分級，實現(xiàn)對種群中的優(yōu)勢個體與劣勢個體的分割。其次，對個體進行鄰域變異，即對優(yōu)勢個體進行小鄰域變異，所得到的子代與父代相似度高，子代個體則能繼承父代個體的較多特征信息，以獲得優(yōu)勢繼承，從而能快速逼近局部最優(yōu)解；而對劣勢個體進行大鄰域變異，所得到的子代與父代相似度低，子代個體摒棄了父代較多的特征信息，獲得突破，保證了種群多樣性，以便發(fā)現(xiàn)新的局部最優(yōu)解。這樣，在利用優(yōu)勢個體確定變異方向的同時，借助劣勢個體來搜索潛在的優(yōu)勢個體，使得個體變異既能沿著當前種群的優(yōu)勢方向前進，又能跳出局部最優(yōu)，尋求全局最優(yōu)，從而成功地克服傳統(tǒng)達爾文演化策略的半盲目性。需要特別指出的是，通過該變異算子的作用，可以使算法穩(wěn)定地收斂到全局最優(yōu)解。
【關鍵詞】：結構優(yōu)化 桁架結構優(yōu)化設計 遺傳算法 鄰域 自適應
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2004
【分類號】：O342
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第1章 緒論7-11
• 1.1 引言7
• 1.2 工程結構優(yōu)化中存在的幾個問題7-8
• 1.3 現(xiàn)代優(yōu)化算法8-9
• 1.4 本文研究的主要內容9
• 1.5 本文的組織結構9-11
• 第2章 結構優(yōu)化設計11-15
• 2.1 基結構的智能自動建立問題12-13
• 2.2 關于桁架結構布局優(yōu)化統(tǒng)一模型問題13
• 2.3 桿件的增減與拓撲形式的判別問題13-14
• 2.4 結構重分析的困難14-15
• 第3章 優(yōu)化算法15-29
• 3.1 貪婪算法15-16
• 3.1.1 貪婪算法描述15
• 3.1.2 貪婪算法的結構15
• 3.1.3 實例15-16
• 3.1.4 缺點16
• 3.2 模擬退火16-17
• 3.2.1 模擬退火算法描述16
• 3.2.2 模擬退火的結構16-17
• 3.2.3 模擬退火算法的不足之處17
• 3.3 神經網絡17-22
• 3.3.1 BP網絡模型與結構18-19
• 3.3.2 BP網絡的學習規(guī)則19
• 3.3.3 BP網絡的訓練過程19
• 3.3.4 BP網絡的應用19-22
• 3.4 遺傳算法22-29
• 3.4.1 遺傳算法描述22-23
• 3.4.2 運算過程23-24
• 3.4.3 遺傳算法的C語言描述24
• 3.4.4 計算實例24-29
• 第4章 一種基于鄰域搜索的演化算法29-35
• 4.1 相關定義29
• 4.2 算法結構29-31
• 4.2.1 編碼30
• 4.2.2 變異算子30-31
• 4.3 算法分析31-32
• 4.4 算例32-34
• 4.4.1 三桿平面桁架32-33
• 4.4.2 十桿平面桁架33-34
• 4.5 總結與展望34-35
• 參考文獻35-38
• 本人在研究生學習期間發(fā)表的論文38-39
• 致謝39

【引證文獻】

中國期刊全文數(shù)據庫 前2條

1 王小勇;郭崇嶺;胡永力;;空間同軸三反相機前鏡身結構設計與驗證[J];光子學報;2011年S1期

2 孫賢斌;薛濤;劉明;;混合遺傳算法在結構優(yōu)化設計中的應用[J];交通標準化;2007年01期

中國博士學位論文全文數(shù)據庫 前2條

1 王健;互插式連棟溫室優(yōu)化設計與通風試驗研究[D];南京農業(yè)大學;2007年

2 黃章俊;復雜結構設計的優(yōu)化方法和近似技術研究[D];東北大學;2010年

中國碩士學位論文全文數(shù)據庫 前8條

1 郭歡;12500kN/3500kN 組合式油壓機機架結構優(yōu)化[D];燕山大學;2012年

2 江淮;基于遺傳算法的預應力混凝土梁橋截面優(yōu)化設計研究[D];昆明理工大學;2011年

3 方秀珍;復合材料層合板穩(wěn)定性的遺傳算法優(yōu)化設計研究[D];東北大學;2006年

4 王小惠;鋼桁架拱結構的截面優(yōu)化與程序[D];山東大學;2007年

5 程鑫;三軸液壓角振動臺的結構優(yōu)化與控制系統(tǒng)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2007年

6 萬中;基于結點應力的結構優(yōu)化技術研究[D];西安理工大學;2009年

7 薛文飛;基于遺傳算法的開合屋蓋被動碰撞阻尼器優(yōu)化布置研究[D];天津大學;2010年

8 馮明益;車輪模鍛液壓機新式結構研究[D];燕山大學;2013年

  本文關鍵詞：優(yōu)化算法在結構設計中的應用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：421321