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結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法簡介

2022-12-04作者:網(wǎng)友投稿
  結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法簡介內(nèi)容有哪些呢?在此,贏在威客網(wǎng)小編整理了一篇關(guān)于結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法簡介給大家參考,希望大家喜歡。


  1.簡單解法


  當(dāng)優(yōu)化問題的變量較少時,可用下列簡單解法。

 ?。?)圖解法。在設(shè)計空間中作出可行域和目標(biāo)函數(shù)等值面,再從圖形上找出既在可行域內(nèi)(或其邊界內(nèi)),又使目標(biāo)函數(shù)值最小的設(shè)計點的位置。

 ?。?)解析法。當(dāng)問題比較簡單時,可用解析法求解。

  2.準(zhǔn)則法


  準(zhǔn)則法是從工程和力學(xué)觀點出發(fā),提出結(jié)構(gòu)達到優(yōu)化設(shè)計時應(yīng)滿足的某些準(zhǔn)則(如同步失效準(zhǔn)則、滿應(yīng)力準(zhǔn)則、能量準(zhǔn)則等),然后用迭代的方法求出滿足這些準(zhǔn)則的解。該方法的主要特點是收斂快,重分析次數(shù)與設(shè)計變量數(shù)目無直接關(guān)系,計算量不大,但適用有局限性,主要適用于結(jié)構(gòu)布局及幾何形狀已定的情況。盡管準(zhǔn)則法有它的缺點,但從工程應(yīng)用的角度來看,它比較方便,習(xí)慣上易于接受,優(yōu)點仍是主要的。最簡單的準(zhǔn)則法有同步失效準(zhǔn)則法和滿應(yīng)力準(zhǔn)則法。

  (1)同步失效準(zhǔn)則法。其基本思想可概括為:在荷載作用下,能使所有可能發(fā)生的破壞模式同時實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)是最優(yōu)的結(jié)構(gòu)。同步失效準(zhǔn)則設(shè)計有許多明顯的缺點。由于要用解析表達式進行代數(shù)運算,同步失效設(shè)計只能用來處理非常簡單的元件優(yōu)化;當(dāng)約束數(shù)大于設(shè)計變量數(shù)時,必須設(shè)法確定那些破壞模式應(yīng)當(dāng)同時發(fā)生才給出最優(yōu)設(shè)計,這通常是一件十分困難的工作;當(dāng)約束數(shù)和設(shè)計變量數(shù)相等時,并不能保證這樣求得的解是最優(yōu)解。

 ?。?)滿應(yīng)力準(zhǔn)則法。該法認為充分發(fā)揮材料強度的潛力,可以算是結(jié)構(gòu)優(yōu)化的一個標(biāo)志,以桿件滿應(yīng)力作為優(yōu)化設(shè)計的準(zhǔn)則。這一方法在桿件系統(tǒng)如桁架的優(yōu)化設(shè)計中用得較多。在此基礎(chǔ)上又發(fā)展了與射線步結(jié)合的齒行法以及框架等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的滿應(yīng)力設(shè)計。


  3.?dāng)?shù)學(xué)規(guī)劃法


  將結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題歸納為一個數(shù)學(xué)規(guī)劃問題,然后用數(shù)學(xué)規(guī)劃法來求解。結(jié)構(gòu)優(yōu)化中常用的數(shù)學(xué)規(guī)劃方法是非線性規(guī)劃,有時也用線性規(guī)劃,特殊情況可能用到動態(tài)規(guī)劃、幾何規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃或隨機規(guī)劃等。

 ?。?)線性規(guī)劃。當(dāng)目標(biāo)函數(shù)和約束方程都是設(shè)計變量的線性函數(shù)時,稱為線性規(guī)劃問題。該類問題的解法比較成熟,其中常用的解法是單純形法。

 ?。?)非線性規(guī)劃。當(dāng)目標(biāo)函數(shù)或約束方程為設(shè)計變量的非線性函數(shù)時,稱為非線性規(guī)劃。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計多為有約束的非線性規(guī)劃問題。這類問題較線性規(guī)劃問題復(fù)雜得多,難度較大,目前采用的方法大致有以下幾種類型:不作轉(zhuǎn)換但需求導(dǎo)數(shù)的分析方法,如梯度投影法、可行方向法等;不作轉(zhuǎn)換也不需求導(dǎo)數(shù)的直接搜索方法,如復(fù)形法;采用線性規(guī)劃來逐次逼近,如序列線性規(guī)劃法;轉(zhuǎn)換為無約束極值問題求解,如罰函數(shù)法、乘子法等。

  4.混合法


  混合法即同時采用準(zhǔn)則法和數(shù)學(xué)規(guī)劃法。

  5.啟發(fā)式算法

  近些年來發(fā)展起來了一些啟發(fā)式算法。這些算法有遺傳算法(GA)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、模擬退火算法等。它們在結(jié)構(gòu)優(yōu)化領(lǐng)域得到了一些應(yīng)用。
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