基于WOA-GRNN代理模型的Π形截面梁风嘴气动外形优化

Π形截面大跨度桥梁极易发生涡激振动,工程中常通过增设风嘴进行抑振,然而风嘴参数选择及抑振效果高度依赖经验或枚举试算,效率低下。为此,基于WOA-GRNN代理模型对Π形截面梁在多参数设计空间内的气动外形优化问题进行了研究。首先,选取风嘴长度、纵深和风攻角,构成多参数设计空间;其次,采用最优拉丁超立方抽样和Sculptor?网格变形驱动技术获取设计空间初始代表点集及其高质量计算网格,通过CFD数值模拟获得训练数据池;然后,建立风嘴设计参数和桥梁涡振响应的WOA-GRNN代理模型,通过数据池训练模型;接着,以某典型Π形截面大跨桥梁为工程背景,利用训练后WOA-GRNN代理模型预测多参数设计空间内的桥梁涡振响应面,通过自适应差分进化算法全域寻优,获得了最优设计参数及涡振响应值;最后,通过风洞试验结果对比验证了所提方法的正确性。研究结果表明:WOA-GRNN代理模型可显著提高桥梁气动外形优化效率;对案例Π形截面梁,最优风嘴气动外形#1的竖弯涡振响应相较于原型断面降低99%,抑振效果极佳。研究成果可为今后同类型Π形截面梁的涡振控制、气动外形优化以及相关研究提供重要参考。