离散变量桁架的形状优化设计

提出了离散截面变量空间桁架形状优化的一个两级算法．在第一级优化中，固定节点的位置，以杆件面积为设计变量，进行离散变量截面优化；在第二级优化中，以节点坐标为设计变量，同时考虑截面变化；形成一系列优化子问题，按目标函数下降方向用Ｆｉｂｏｎａｃｃｉ法搜索出各坐标设计变量的最优变动值，从而形成新的节点位置．两级优化交替进行，直到收敛为止．算例表明本方法简单，收敛平稳，优化效果较好．在算例中讨论了不同的节点坐标初值对优化结果的影响及产生原因．     

基于CLPSO算法的混合变量桁架形状优化

为了解决混合变量桁架形状优化问题中离散截面面积和连续节点坐标的变量耦合给优化带来的困难,将一种新型智能优化算法——基于"综合学习策略"的粒子群算法(ComprehensiveLearning Particle SwarmOptimization,CLPSO)应用于桁架混合变量形状优化问题中。给出了考虑离散截面面积和连续节点坐标两类不同性质的设计变量的混合变量桁架结构形状优化的数学模型,并对经典桁架结构进行混合变量的形状优化,将所得结果与其他优化算法结果进行了比较。分析结果表明了该方法进行混合变量桁架形状优化设计的有效性。     

离散变量桁架结构的布局优化设计

研究了多工况下受应力、位移约束的离散截面变量桁架结构的布局优化问题，提出了一个序列两级算法。在第一级优化中进行形式－截面优化，在第二级优化中进行拓扑优化。两级优化交替进行，最后得到最优的拓扑形式、几何形状和截面积分布。算例表明本法能够得到较好的布局优化结果。     

遗传算法在桁架优化设计中的应用

用遗传算法处理设计变量为杆件中离散型材截面的桁架最轻重量优化问题。将离散的截面参数用二进制的遗传因子表示，利用染色体的遗传繁殖和自然淘汰等特点，可以在较广的参数域内对优化解进行搜索。并将满强度设计与遗传算法相结合，加速了收敛速度。算例表明，在不大的计算量下可获得相当良好的全局性优化解。     

超静定变截面梁极限载荷的优化算法

目的针对超静定变截面梁结构的极限载荷求解问题,提出一种新的无约束优化算法.方法以待求极限载荷、多余约束力和截面最大弯矩处的对应坐标为设计变量,以不同坐标位置的工作弯矩与对应极限弯矩关系和剪力需要满足的条件构建目标函数,采用多维Powell的无约束优化原理,并将设计变量无量纲转化,应用Fortran-Power Station语言编制优化算法程序,进行算例分析求解,并对数值解和程序计算对比分析.结果运用优化程序计算分析,在给定收敛精度条件下,获得超静定变截面梁的极限载荷大小,梁上产生极限弯矩的坐标以及梁的多余约束力的大小.结论提出的极限载荷的优化算法有效地解决了复杂变截面梁极限载荷的精确计算问题,具有实用性和可行性.为复杂工程变截面结构问题的极限载荷求解提供依据.     

基于遗传算法的桁架形状优化及最小质量设计

在工程结构的优化设计中,应用遗传算法的基本原理,研究了离散设计变量全局寻优等传统优化方法难于解决的特殊问题.以平面桁架梁作为解析例,选取桁架的节点坐标和杆件的截面特征为设计参数,模拟遗传操作过程中的生物进化机制,对桁架的构成和形状的优化问题进行了解析.得到桁架在不同情况下的形状优化解,并使桁架质量趋于最小.研究结果验证了遗传算法在桁架的形状最优化和最小质量设计中应用的可行性.     

一种改进的快速收敛多学科设计协同优化方法

为解决协同优化(CO)方法计算量过大、收敛速度较慢的问题,提出了一种面向复杂工程系统多学科设计优化的改进的快速收敛协同优化方法(IFCCO).首先,将系统优化的全部设计变量分为全局设计变量和局部设计变量两个部分,在系统级添加各子学科内与全局设计变量相关的约束条件,使得系统级优化只控制全局设计变量,而学科级则只控制局部设计变量,从而消去辅助设计变量;然后,基于学科状态方程,在系统级和学科级同时构建耦合变量的一致性约束条件,保证更严格的耦合变量一致性求解,并赋予各子学科完全的自治权.通过两个典型的MDO算例检验了IFCCO方法的计算特性,结果表明:该方法在严格保证耦合变量一致的前提下,计算量大大减少,收敛速度得到很大提高.     

形状优化中控制网格变动的一种新方法

针对形状优化软件设计中用设计变量控制网格变动的困难，提供了一种二级控制方法，在第一级控制，自然设计变量通过边界形状函数（由函数识别器解释）来决定关键点的坐标。在第二级控制，关键点通过网格节点在设计单元中的参数坐标来决定网格节点的坐标。由此建立了控制网格变动的一种新方法，方便了用户使用。     

工程结构的混合离散变量优化设计

针对设计变量为离散型和连续型的混合离散变量的优化设计问题，探讨了非均匀离散变量及连续变量的均匀离散化处理方法，分析了求解混合离散变量的优化设计问题最优解的方法。算例表明混合离散变量的优化设计方法可以应用于工程结构优化设计中，其优化结果不需圆整，大大提高了优化设计的效率和可靠性。     

具有连续梁型式的结构优化设计

在连续粱式的桥和管道的初步设计中，支座间距的确定可通过优化问题的求解予以完成。本文以余能原理和 Ｍｏｈｒ积分作为力学分析的基础，以梁截面刚度和支座数量为设计变量，按Ｆｉｂｏｎａｃｃｉ数列确定支座数量。使复杂的含整数变量的变维数问题化为定维数连续变量问题．可用ＳＱＰ等方法求解。提出的模型易于形成，算法便于实现．乃至手算，不失为实用的初步设计优化方法。给出了数值范例。     

离散变量结构优化设计中变量和约束的分解与简化

提出了优化设计中对设计变量和约束条件进行缩减和分解的方法．设计变量可分解为基本设计变量和复合设计变量，复合设计变量是基本设计变量的函数或综合；约束条件可根据它与计算过程的关系和作用范围分步、分阶段考虑；对于离散结构的实体杆件，可以很据受力和对结构的作用情况分成5类，常用截面分成24种类型．最后通过一个三维空间实例，证明所提方法优化效率高，效果明显，可节约材料39．26％，是求解大规模离散变量工程结构最轻设计问题的较好方法．     

基于粒子群-布谷鸟搜索算法的桁架结构优化设计

为进一步提高布谷鸟搜索(Cuckoo Search,CS)算法在桁架结构优化设计中的适应性能,克服CS算法搜索新解过程相对盲目、速度慢、精度低的缺点,把粒子群(PSO)算法中粒子位置更新思想引入到CS算法中,并将粒子群-布谷鸟搜索(PSO-CS)算法应用于桁架结构尺寸优化设计.以10杆经典桁架为例,在满足应力约束、位移约束的条件下,对桁架结构进行尺寸连续设计变量和离散设计变量最优化设计,并与其他优化算法的结果进行对比.数值算例结果表明,PSO-CS算法具有收敛速度快、精度高、稳定性好的特点,可以有效地解决桁架结构尺寸优化问题.     

基于非均匀有理B样条的轻量化船体曲面逼近

在数字化船舶设计过程中,基于插值截面线生成的船体曲面控制顶点数过多,不利于后续曲面的光顺和修改;基于非均匀有理B样条截面线生成的曲面,形状不可控.针对上述问题,提出了一种轻量化船体曲面逼近的设计方法.该方法通过对截面线进行2次逼近,生成船体曲面.在一次逼近中,应用等弦差法对截面线进行离散,得到曲线上的离散数据点;在二次逼近中,以截面线的节点矢量为设计变量,将最小化所有截面线在最小二乘意义上的逼近误差之和作为目标函数,构建截面线优化逼近模型.根据问题的性质,对自适应改变染色体长度的遗传算法进行改进,将该算法应用于模型求解.实船船体曲面逼近和设计算例表明,应用该方法对船体曲面进行逼近设计是可行的,并能满足工程设计要求,同时还可以减少船体曲面设计所需的数据量,为其他复杂曲面的轻量化设计提供参考.     

板壳结构几何非线性有限元分析中一个有效的单元

在 Ｔｏｔａｌ－Ｌａｇｒａｎｇｅ坐标下；推导了满足离散 Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ假定的三角形板壳单元在板壳结构几何非线性有限元分析中全部的有限元列式，并以显式表示。各种数值算例表明，该单元的精度高．收敛快，单元的求解未知数少，满足同样精度所需单元数少，可以适用子各种复杂形状板壳结构的几何非线性有限元分析。     

改进遗传算法在建筑结构优化设计中的应用

针对标准遗传算法在迭代过程中经常出现未成熟收敛、发生振荡、随机性太大等缺点,提出一种新的遗传算子转基因算子,用于对标准遗传算法的改进·这种转基因算子有效地利用了计算适应度的信息,很好地保护了最优个体,并能提高群体中个体的适应度·包含转基因算子的改进遗传算法能直接计算具有应力约束和截面尺寸约束的离散变量结构优化设计问题,也能处理同时具有稳定约束和位移约束的多工况、多约束、多变量的离散变量结构优化设计问题·算例结果表明,改进遗传算法的收敛特性和优化设计结果远好于标准遗传算法,是一种理想的建筑结构优化设计方法·     

混合变量遗传算法在预应力网架结构中的应用

针对预应力网架结构设计变量的特点,提出了采用混合变量编码、基于遗传算法的优化设计方法.该方法将杆件截面对应的离散变量和预应力对应的连续变量置于同一水平变量空间,个体编码中同时体现两种变量的遗传基因,避免了割裂设计空间、分级优化而带来的误差影响.为改进标准遗传算法易于发生早熟现象、局部寻优能力差等缺点,优化方法采取了适应度变换、最优保留及自适应遗传等改进措施.算例分析表明,该优化方法合理有效,优化结果满足设计要求,符合工程实践.     

BP遗传算法在结构形状优化设计中的应用

利用遗传算法(GA)对桁架结构分别进行杆件截面和节点坐标的优化设计,利用BP网络的高度非线性映射能力来得到遗传算法的适应度函数值,替代优化中重复采用有限元分析的方法,降低计算花费时间,提高了算法收敛速度.通过25杆输电塔架算例的优化设计,验证了此方法的实际应用是可行的.     

一类超静定变截面压杆临界荷载的优化算法

目的研究一端固定,一端链杆约束的一类超静定变截面梁临界载荷的优化算法原理,探讨超静定压杆临界载荷数值方法.方法基于差分原理和优化基本原理,运用差分方法将平衡状态下非线性微分方程离散化.以杆件每个离散点挠度,临界荷载和多余约束力为设计变量,以临界载荷所满足差分方程与边界条件构建目标函数,在Fortran-Power Station环境下,编制优化程序,进行常截面梁与变截面梁具体算例分析对比.结果提出了一类超静定变截面压杆的临界载荷的无约束优化算法,并验证了方法的正确性和有效性.结论算法能够有效解决工程中变截面超静定梁结构临界载荷的计算问题,为工程设计与分析提供支持.     

大跨张弦桁架结构尺寸优化设计研究

以结构重量为优化目标函数,以杆件截面为设计变量,对大跨张弦桁架结构进行尺寸优化设计研究,考虑了杆件长细比、强度和稳定以及结构刚度等约束条件.杆件截面设计变量采用现行规格离散值,利用直接搜索法进行优化搜索.研究表明,大跨张弦桁架结构设计是由结构刚度条件控制的,直接搜索法与离散设计变量联合使用提高了优化搜索速度.     

基于Lagrange乘数法的钢筋混凝土矩形截面单筋梁截面优化

以工程成本为目标函数,以截面有效高度为设计变量,考虑弯矩设计值、截面尺寸、配筋率等约束条件,建立了钢筋混凝土矩形截面单筋梁的优化模型.采用Lagrange乘数法对优化模型进行求解,通过算例证明该方法的有效性,为优化提供新的思路.