网架结构优化设计分析

论文摘要

目前,网架结构在大跨度空间结构中的应用日益普遍。近年来兴建的大型公共建筑特别是体育建筑中,大多数都采用了网架结构。针对这些问题本文对网架结构的优化设计进行了分析,以期节约材料、降低造价。遗传算法是近年来在计算机科学和优化中受到广泛关注的一种拟生物进化理论的仿生学算法。本文对遗传算法及其在结构优化设计应用中的相关内容进行了分析综合,介绍了遗传算法的基本结构、主要特点和应用与优化设计的现状和特点。遗传算法具有隐含并行性和全局收敛两个显著的特点,故将遗传算法引入网架结构优化设计中。本文选择三种形式的网架结构(正放四角锥网架、抽空正放四角锥网架和两相正交正放网架)进行初步分析以结构总重为目标函数,首先利用GDCAD对三种形式网架的网格尺寸和网架高度进行了优化;其次本文用满应力法对三种形式的网架进行了初步设计;最后本文采用遗传算法以及改进的遗传算法作为网架优化设计的方法和ANSYS自带的优化工具箱对网架结构的静力优化进行研究分析,选择一种比较合适的方法,并对优化结果进行对比分析,从而为实际工程提供一些理论依据。结构动力优化与静力优化相比其理论和方法尚不尽完善、系统与成熟,研究成果依然偏少,特别是工程应用还需做大量的研究工作,本文对网架结构动力优化设计进行了探讨,约束函数在静力优化的基础上加上频率约束。通过地震荷载对其施加动荷载,从而进行动力分析,仍然采用三种方法对其进行优化分析,以降低结构的动力反应,希望可以对工程实际提供一些参考资料。通过静力和动力优化的分析方法可知利用改进的遗传算法优化所得到的结果与其它方法相比在满足各项约束条件的情况下更能节省材料,所得结果也比较可靠,对工程实际能够提供有用的建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 结构优化设计在网架结构中的应用及研究现状
• 1.2.1 优化方法的发展现状
• 1.2.2 结构优化设计的发展现状
• 1.2.3 网架结构优化的发展现状
• 1.3 本文研究的意义
• 1.3.1 静力优化
• 1.3.2 动力优化设计
• 1.4 本文的研究内容
• 第二章 结构优化设计
• 2.1 概述
• 2.2 结构优化设计的方法分类
• 2.2.1 准则优化法
• 2.2.2 数学规划法
• 2.2.3 仿生学法
• 2.3 结构优化设计的数学模型和特点
• 2.3.1 数学模型
• 2.3.2 结构优化设计的特点
• 2.4 结构动力优化
• 2.4.1 结构动力优化的基本理论
• 2.4.2 结构优化设计的数学模型和特点
• 第三章 遗传算法基本理论
• 3.1 遗传算法的基本结构和特点
• 3.1.1 遗传算法的基本概念
• 3.1.2 遗传算法的基本组成部分
• 3.2 遗传算法的基本操作
• 3.2.1 遗传算法的基本步骤
• 3.2.2 遗传编码
• 3.2.3 遗传算法参数选择
• 3.3 遗传算法的其它问题
• 3.3.1 早熟问题对收敛性的影响
• 3.3.2 群体分析对收敛性的影响
• 3.3.3 遗传算法的独特性能
• 3.3.4 遗传算法模式定理的基本理论
• 3.4 遗传算法的改进
• 第四章 结构静力优化
• 4.1 网架结构的特点以及计算方法
• 4.1.1 网架结构的优点
• 4.1.2 网架的杆件
• 4.1.3 网架结构计算
• 4.2 结构静力优化的基本类型和特点
• 4.2.1 ANSYS优化
• 4.2.2 遗传算法优化
• 4.3 结构静力优化的数学模型
• 4.3.1 设计变量
• 4.3.2 目标函数
• 4.3.3 约束条件
• 4.3.4 荷载的考虑
• 4.4 结构静力优化算例
• 第五章 结构动力优化
• 5.1 结构动力优化的基本结构
• 5.1.1 抗震结构的动力最优化振动微分方程
• 5.1.2 本文结构动力优化的数学模型
• 5.2 结构动力反应的分析方法
• 5.2.1 模态分析
• 5.2.2 谱分析
• 5.3 结构动力优化算例
• 第六章 结论及展望
• 致谢
• 参考文献
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