本文關(guān)鍵詞：優(yōu)化算法在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)出現(xiàn)迄今已有近百年的歷史，特別是在過(guò)去的四十年內(nèi)，無(wú)論在其理論、算法還是在應(yīng)用方面都取得了很大的進(jìn)展。當(dāng)前，結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究熱點(diǎn)是拓?fù)鋬?yōu)化。拓?fù)鋬?yōu)化是指確定結(jié)構(gòu)單元、節(jié)點(diǎn)及內(nèi)部邊界的空間連接方式。其要求結(jié)構(gòu)工作性態(tài)良好，結(jié)構(gòu)物有較高的安全度和可靠性。拓?fù)鋬?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(diǎn)維數(shù)突變及可行域非連通(而奇異點(diǎn)往往難以被搜索到)，因此拓?fù)鋬?yōu)化也可看作是在非凸可行域的全局最優(yōu)問(wèn)題。作為一個(gè)全局優(yōu)化問(wèn)題，數(shù)學(xué)規(guī)劃對(duì)其沒(méi)有特別有效的方法。本文將主要考慮桁架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化問(wèn)題，首先建立數(shù)學(xué)模型，即以桁架的橫截面積為設(shè)計(jì)變量、以重量最小為優(yōu)化目標(biāo)，位移、應(yīng)力等可靠性及基頻為約束條件；最后，從工程實(shí)際出發(fā)，對(duì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的可靠性隱形約束進(jìn)行等價(jià)顯化處理，使之轉(zhuǎn)化為常規(guī)的橫截面積優(yōu)化問(wèn)題。 本文在研究?jī)?yōu)化算法發(fā)展過(guò)程的基礎(chǔ)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(jī)搜索算法如模擬退火算法，人工智能算法如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及遺傳算法，根據(jù)桁架結(jié)構(gòu)優(yōu)化的特點(diǎn)，最終選擇以遺傳算法作為桁架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要算法。遺傳算法采用簡(jiǎn)單的編碼技術(shù)來(lái)表示各種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，并通過(guò)對(duì)一組編碼表示進(jìn)行遺傳操作(再生、交叉和變異)和優(yōu)勝劣汰的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制來(lái)指導(dǎo)對(duì)問(wèn)題的解空間進(jìn)行搜索。同時(shí)，，遺傳算法具有不用了解問(wèn)題本身的全部特征的特點(diǎn)，僅僅通過(guò)體現(xiàn)進(jìn)化機(jī)制的演化過(guò)程來(lái)完成對(duì)問(wèn)題的求解。本文設(shè)計(jì)了一種基于鄰域搜索的自適應(yīng)演化算法：首先將種群中的個(gè)體按適應(yīng)值分級(jí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)種群中的優(yōu)勢(shì)個(gè)體與劣勢(shì)個(gè)體的分割。其次，對(duì)個(gè)體進(jìn)行鄰域變異，即對(duì)優(yōu)勢(shì)個(gè)體進(jìn)行小鄰域變異，所得到的子代與父代相似度高，子代個(gè)體則能繼承父代個(gè)體的較多特征信息，以獲得優(yōu)勢(shì)繼承，從而能快速逼近局部最優(yōu)解；而對(duì)劣勢(shì)個(gè)體進(jìn)行大鄰域變異，所得到的子代與父代相似度低，子代個(gè)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(shì)個(gè)體確定變異方向的同時(shí)，借助劣勢(shì)個(gè)體來(lái)搜索潛在的優(yōu)勢(shì)個(gè)體，使得個(gè)體變異既能沿著當(dāng)前種群的優(yōu)勢(shì)方向前進(jìn)，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(dá)爾文演化策略的半盲目性。需要特別指出的是，通過(guò)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(guān)鍵詞】：結(jié)構(gòu)優(yōu)化 桁架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 遺傳算法 鄰域 自適應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2004
【分類號(hào)】：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(jié)構(gòu)優(yōu)化中存在的幾個(gè)問(wèn)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(nèi)容9
• 1.5 本文的組織結(jié)構(gòu)9-11
• 第2章 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)11-15
• 2.1 基結(jié)構(gòu)的智能自動(dòng)建立問(wèn)題12-13
• 2.2 關(guān)于桁架結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化統(tǒng)一模型問(wèn)題13
• 2.3 桿件的增減與拓?fù)湫问降呐袆e問(wèn)題13-14
• 2.4 結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)15
• 3.1.3 實(shí)例15-16
• 3.1.4 缺點(diǎn)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(jié)構(gòu)16-17
• 3.2.3 模擬退火算法的不足之處17
• 3.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)17-22
• 3.3.1 BP網(wǎng)絡(luò)模型與結(jié)構(gòu)18-19
• 3.3.2 BP網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)規(guī)則19
• 3.3.3 BP網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練過(guò)程19
• 3.3.4 BP網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)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(yùn)算過(guò)程23-24
• 3.4.3 遺傳算法的C語(yǔ)言描述24
• 3.4.4 計(jì)算實(shí)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(guān)定義29
• 4.2 算法結(jié)構(gòu)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(jié)與展望34-35
• 參考文獻(xiàn)35-38
• 本人在研究生學(xué)習(xí)期間發(fā)表的論文38-39
• 致謝39

【引證文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 王小勇;郭崇嶺;胡永力;;空間同軸三反相機(jī)前鏡身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證[J];光子學(xué)報(bào);2011年S1期

2 孫賢斌;薛濤;劉明;;混合遺傳算法在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J];交通標(biāo)準(zhǔn)化;2007年01期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 王健;互插式連棟溫室優(yōu)化設(shè)計(jì)與通風(fēng)試驗(yàn)研究[D];南京農(nóng)業(yè)大學(xué);2007年

2 黃章俊;復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法和近似技術(shù)研究[D];東北大學(xué);2010年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前8條

1 郭歡;12500kN/3500kN 組合式油壓機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D];燕山大學(xué);2012年

2 江淮;基于遺傳算法的預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋截面優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D];昆明理工大學(xué);2011年

3 方秀珍;復(fù)合材料層合板穩(wěn)定性的遺傳算法優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D];東北大學(xué);2006年

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

5 程鑫;三軸液壓角振動(dòng)臺(tái)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與控制系統(tǒng)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

6 萬(wàn)中;基于結(jié)點(diǎn)應(yīng)力的結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)研究[D];西安理工大學(xué);2009年

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

8 馮明益;車(chē)輪模鍛液壓機(jī)新式結(jié)構(gòu)研究[D];燕山大學(xué);2013年

  本文關(guān)鍵詞：優(yōu)化算法在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：421321