發(fā)布時間：2017-10-05 19:29

  本文關鍵詞：基于免疫蟻群算法的橋式起重機主梁結構拓撲優(yōu)化研究

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【摘要】：工程結構優(yōu)化研究作為減少材料使用、提高材料利用率、充分發(fā)揮材料性能的有效手段，，已經受到越來越多人的重視和青睞。作為結構優(yōu)化中極為重要的拓撲優(yōu)化，是當今學術界研究的熱點、難點問題。結構拓撲關系的優(yōu)化改進可以大大減輕結構重量、改善結構的性能，使材料性能得到充分的發(fā)揮。結構拓撲優(yōu)化的實質是搜索尋找邊界約束與加載位置之間的最佳傳力路線，將其轉化為免疫蟻群算法中螞蟻根據信息素濃度尋找最佳路徑的過程。橋式起重機主梁的有限元分析結果表明：其腹板存在很多低應力區(qū)域，材料性能沒有充分發(fā)揮，因此需要采用結構拓撲優(yōu)化對其進行優(yōu)化減重設計。本文的主要研究內容包括： (1)綜述了結構優(yōu)化的發(fā)展歷程、結構拓撲優(yōu)化及蟻群算法的國內外發(fā)展研究現狀；提出了免疫理論改進蟻群算法的必要性及免疫蟻群算法拓撲優(yōu)化的可行性。 (2)結合結構拓撲優(yōu)化的基本原理、有限元法及其單元生死技術，提出了基于單元應力大小決定單元“生”與“死”的結構拓撲優(yōu)化理論，并構造了其數學模型。 (3)根據單元生死結構拓撲優(yōu)化的需要，引入了蟻群算法和人工免疫算法。在提取兩種算法各自優(yōu)點的基礎上，提出了免疫原理改進蟻群算法的免疫蟻群算法，闡明了免疫蟻群算法的基本思想，構建了算法基本框架和步驟流程。 (4)在構建免疫蟻群算法的基礎上，將有限元分析結果中的單元應力轉換為免疫蟻群算法中信息素播灑，建立了基于免疫蟻群算法的拓撲優(yōu)化理論及其相應的程序。 (5)在研究主梁結構靜力分析及其結果的基礎上，發(fā)現主梁具有大量低效的材料。將提出的免疫蟻群算法結構拓撲優(yōu)化應用于主梁腹板的拓撲優(yōu)化中，并根據拓撲優(yōu)化結果建立相應的模型進行分析。與其原模型分析對比表明，該拓撲優(yōu)化符合要求，能滿足實際的工程需要。
【關鍵詞】：拓撲優(yōu)化 免疫蟻群算法 單元生死技術 主梁
【學位授予單位】：中北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TH215;TP18
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-22
• 1.1 課題背景及研究意義10-11
• 1.2 結構優(yōu)化概述11-13
• 1.3 結構拓撲優(yōu)化的研究現狀13-15
• 1.4 免疫蟻群算法的研究現狀15-20
• 1.5 本文的組織結構及研究內容20-21
• 1.6 本章小結21-22
• 2 結構優(yōu)化原理22-36
• 2.1 結構拓撲優(yōu)化理論22-26
• 2.1.1 結構拓撲優(yōu)化原理22-24
• 2.1.2 結構優(yōu)化數學模型24-26
• 2.2 單元生死技術26-33
• 2.2.1 有限元法26-28
• 2.2.2 單元生死技術28-33
• 2.3 基于單元生死技術的拓撲優(yōu)化33-35
• 2.4 本章小結35-36
• 3 免疫蟻群算法研究36-56
• 3.1 蟻群算法36-44
• 3.1.1 蟻群優(yōu)化的基本原理36-39
• 3.1.2 蟻群算法數學模型及流程39-42
• 3.1.3 蟻群算法的 TSP 優(yōu)化42-44
• 3.2 人工免疫系統(tǒng)44-50
• 3.2.1 人工免疫算法概述45-48
• 3.2.2 人工免疫算法數學模型48-50
• 3.3 免疫蟻群算法50-55
• 3.3.1 免疫蟻群算法設計思想50-51
• 3.3.2 免疫蟻群算法的改進策略51-52
• 3.3.3 免疫蟻群算法流程及步驟52-55
• 3.4 本章小結55-56
• 4 基于免疫蟻群算法的結構拓撲優(yōu)化56-67
• 4.1 基于免疫蟻群算法的結構拓撲優(yōu)化基本原理56-57
• 4.2 基于免疫蟻群算法結構拓撲優(yōu)化的框架57-58
• 4.3 基于免疫蟻群算法的單元生死系數計算58-60
• 4.4 基于免疫蟻群算法的結構拓撲優(yōu)化實現60-65
• 4.4.1 程序總體流程60-61
• 4.4.2 接口設計61-62
• 4.4.3 具體流程及步驟62-65
• 4.5 實例驗證65-66
• 4.6 本章小結66-67
• 5 橋式起重機主梁的結構拓撲優(yōu)化67-81
• 5.1 基于 ANSYS 有限元法的主梁分析67-74
• 5.1.1 主梁有限元建模68-71
• 5.1.2 主梁有限元模型加載及求解71-73
• 5.1.3 查看求解結果73-74
• 5.2 主梁結構拓撲優(yōu)化74-77
• 5.2.1 主梁拓撲優(yōu)化原理及流程74-76
• 5.2.2 主梁拓撲優(yōu)化76-77
• 5.2.3 拓撲優(yōu)化結果分析77
• 5.3 優(yōu)化前后主梁的強度剛度對比分析77-80
• 5.3.1 主梁拓撲優(yōu)化結構重分析77-80
• 5.3.2 優(yōu)化前后主梁對比分析80
• 5.4 本章小結80-81
• 6 結論及展望81-83
• 6.1 結論81-82
• 6.2 展望82-83
• 參考文獻83-89
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果89-90
• 致謝90

【參考文獻】

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本文編號：978416