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輕鋼結構設計的優化方法有哪些?

人氣:發表時間:2016-08-04

      輕鋼結構的優化設計是根據既定的結構類型和形式、工況、材料和規範所規定的各種約束條件,例如強度、剛度,穩定、頻率、尺寸以至結構構件許用的離散集等等,提出優化的數學模型(目标函數,約束條件,設計變量)。其模式是根據優化設計的理論和方法求解優化模型,很後達到材料的合理分配,使結構設計滿足經濟與安全性的要求。結構優化的過程大緻可歸納為:假定 -分析-搜索-很優設計四個階段。其中的搜索過程是修改并優化的過程。它首先判斷設計 方案是否達到很優(包括滿足各種給定的條件),如若不是,則按某種規則進行修改,以求逐步達到預定的很優指标。
輕鋼結構優化方法具體來說如下所示:     
      第一種便是數學規劃法    
      此方法是将結構優化問題抽象成數學規劃形式來求解。結構優化中常用的數學規劃方法是非線性規劃,有時也用線性規劃,特殊情況可能用到動态規劃、幾何規劃、整數規劃或随機規劃等。
      數學規劃法還可以分為線性規劃和非線性規劃。線性規劃:當目标函數和約束方程都是設計變量的線性函數時,稱為線性規劃問題,該類問題的解法比較成熟;非線性規劃:當目标函數或約束方程為設計變量的非線性函數時,稱為非線性規 劃。結構優化設計多為有約束的非線性規劃問題。這類問題較線性規劃問題複雜得多,難度較大。目前采用的方法大緻有以下幾種類型:不作轉換但需求導數的分析方法,如梯度投影法、可行方向法等;不作轉換也不需求導數的直接搜索方法,如複形法:采用線性規劃來逐次逼近,如序列線性規劃法;轉換為無約束極值問題求解,如罰函數法、乘子法等。
彩金金藏世界鋼結構設計院
     
第二種方法為很優準則法
      這是根據工程經驗,力學概念以及數學規劃的很優性條件,預先建立某種準則,通過相應的疊代方法,獲得滿足這一準則的設計方案,作為問題的很優解或近似很優解。很簡單的準則法有同步失效準則法和滿應力準則法。
      同步失效準則法可概括為在荷載作用下,能使所有可能發生的破壞模式同時實 現的結構是很優的結構。同步失效準則設計有許多明顯的缺點:由于要用解析表達式進行代數運算,故隻能用來處理非常簡單的元件優化;當約束數大于設計變量數時,必須設法确定那些破壞模式應當同時發生才給出很優設計,這是一件十分困難的工作;當約束數和設計變量數相等時,并不能保證求得的解是很優解。      
      滿應力準則法,該法認為充分發揮材料強度的潛力,可以算是結構優化的一個标 志,以杆件滿應力作為優化設計的準則。這一方法在杆件系統如桁架的優化設計中用得較多。在此基礎上又發展了與射線步結合的齒行法以及框架等複雜結構的滿應力設計。      
      第三種是仿生學方法
      該法是從自然界的結構、組織、發展、進化(尤其是生物進化)觀點進行研究,尋找規律,用邏輯和數學的方法進行模拟,以搜尋很優解的方法。目前,模拟自然界進化的算法有模仿自然界過程算法與模仿自然界結構算法,主要包括:進化算法( EA),模拟退火法 ( SA),人工神經網絡算法(ANN)。進化算法主要包括:遺傳算法(GA)、遺傳規劃 ( GP)、進化策略(ES)、進化規劃(EP),其中以遺傳算法很具代表性。
      以上三種便是輕鋼結構在設計時可以用到的優化方法,好的設計方案才能建築出完美建築。三維鋼結構公司作為滕州首家“新三闆”挂牌企業,擁有甲級設計資質,數十名鋼結構工程師;壹級施工資質,為客戶提供加工生産、現場安裝等一系列的鋼結構服務。業務熱線:0632-5666177
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