改进遗传算法在建筑结构优化设计中的应用

针对标准遗传算法在迭代过程中经常出现未成熟收敛、发生振荡、随机性太大等缺点,提出一种新的遗传算子转基因算子,用于对标准遗传算法的改进·这种转基因算子有效地利用了计算适应度的信息,很好地保护了最优个体,并能提高群体中个体的适应度·包含转基因算子的改进遗传算法能直接计算具有应力约束和截面尺寸约束的离散变量结构优化设计问题,也能处理同时具有稳定约束和位移约束的多工况、多约束、多变量的离散变量结构优化设计问题·算例结果表明,改进遗传算法的收敛特性和优化设计结果远好于标准遗传算法,是一种理想的建筑结构优化设计方法·

基于遗传算法的油轮中剖面横构件优化设计

油轮中剖面横构件优化设计的设计变量为连续和离散的混合变量,文中引入的遗传算法能很好地解决连续和离散混合设计变量的优化问题.与其他优化方法相比,遗传算法(GA)的突出优点是能求得全局最优解.此外,GA不依赖于初始解,所以大大减少了选取一个合适的初始解的工作量.用经过改进的遗传算法来优化3艘油轮的中剖面横构件,在强度满足的条件下,重量分别减轻了1%～2%,取得了令人满意的结果,说明遗传算法用于结构优化设计是可行且高效的.

一种改进的遗传算法——邻域真空法

针对遗传算法中的会聚问题 ,提出了一种改进的进化方法——邻域真空法。通过实例分析和讨论了该方法的有效性。实际运算证明 。

模拟退火算法在军用桥梁优化设计中的应用

军用桥梁结构优化设计中包含两类设计变量 :连续变量和离散变量 ,混合变量优化设计问题是军用桥梁界普遍关注的问题。介绍了一种新的优化设计方法——模拟退火算法 ,其突出的优点是可以求得全局最优解。以军用桁架桥为例 ,对军用桥梁结构设计中连续和离散混合设计变量的优化问题进行了分析 ,计算结果表明该方法是可行的。对算法在军用桥梁结构设计中的应用提出了几个研究方向。

工程结构大系统设计的全局协调优化

在一般工程大系统全局协调优化设计理论与方法研究基础上，提出了工程结构大系统设计的全局协调优化概念，构造了其优化设计的数学模型，给出了其求解途径，解决了结构系统总体静动力性态与其分结构静动力性态的计算关系与敏度关系问题，提供了其在航天器结构系统优化设计中的应用实例．

土木基础设施网络系统两阶段抗震全局优化设计

提出了基础设施网络系统两阶段抗震全局优化设计的总体设想，即系统最小总投入（造价与损失期望之和）条件下单元可靠度最优分配（系统优化）与给定可靠度约束下结构最低造价设计（结构优化），并通过建立结构可靠度与设防烈度或线型结构（如管道等）具体方案间的关系，将系统优化转化为具有较少离散变量的优化设计，并利用正交枚举法进行简化计算，从而避免了大规模非线性规划的求解及目前给定可靠度水平下结构优化技术尚不成熟的困难。

单层球面网壳的优化设计

提出了单层球面网壳结构的一种优化设计方法 ,它是一种以网壳的总造价为目标函数 ,取网壳的网格数、矢高、杆件截面面积和节点体积作为优化设计变量 ,采取直接搜索法与准则法相结合的优化设计方法 .基于用 Fortran90软件编制的优化设计程序 ,对单层球面网壳结构进行了大量的计算 ,用回归分析得出网壳最优网格数、矢高、杆件截面面积和节点体积 ,同时使杆件面积规格化 。

关于最小偏差LH设计

:本文对 LH设计编差的计算进行了研究 ,并得到了 LH设计偏差的下界 ,对寻求整体最优

粒子群算法在工程优化设计中的应用

将粒子群算法与惩罚函数法相结合,建构一种离散粒子群算法,解决工程上非线性约束离散变量优化设计问题。为实现离散变量与连续变量的转化,构造了相应的扩张函数,提出惩罚因子的确定策略。通过容器设计算例验证,粒子群算法方法优于文献所列方法。应用粒子群算法、惩罚函数法及所提出的策略对波纹管工程实例进行优化设计,其单位重量下整体波纹管的补偿量比在用产品提高了79.96%,与理论解接近,进一步证明了离散粒子群算法及策略在处理工程非线性约束离散优化设计问题时的有效性,其为工程上类似优化设计提供借鉴。

多目标模糊全局优化设计方法和软件

分析了优化设计在土木工程中应用不够广泛的原因，由此提出了一个能用于工程设计的多目标模糊全局优化设计方法。介绍了按该方法研制的软件ＭＦＤ的功能和性能，以及一个用该软件分析的拱坝体型设计实例。

基于实验设计法的工程结构优化设计

基于实验设计法 ,提出了一种新的工程结构优化设计方法。这种方法将设计变量的水平值配列于正交表中 ,按正交表的参数组合条件进行结构解析 ,通过对设计变量对于目标函数值的方差分析和 F检验 ,改变设计变量的水平值 ,进而通过迭代计算使设计变量趋于最优解。本文以桁架结构为计算例 ,验证了本方法的全局收敛性和优化精度。由于无需构建目标函数和约束函数以及微分计算 ,此方法具有简单而又适应广泛的优点。

一种改进遗传算法在建筑结构优化设计中的应用

针对遗传算法在迭代过程中经常出现的未成熟收敛、振荡、随机性太大等缺点,引入一种新的遗传算子——单亲遗传算子,用于对标准遗传算法的改进。包含单亲遗传算子的改进遗传算法能直接计算具有应力约束和截面尺寸约束的离散变量结构优化问题,也能处理同时具有稳定约束和位移约束的多工况、多约束、多变量的离散变量结构优化设计问题,进而对框架结构的多种工况进行优化设计的结果进行了对比验证,结果表明:改进遗传算法比标准遗传算法有好得多的收敛特性,迭代次数明显减少,优化设计结果也远好于标准遗传算法。

多级递阶工程结构系统抗地震设计的全局优化

多级递阶工程结构系统是复杂工程项目的主要工程结构依照功能逻辑关系所构成的多层次分支结构系列,表征了常见建设项目的一般性分布。以结构设防烈度为决策变量、地震灾害的多级设防为工程背景,建立了该系统全局优化的数学模型;考虑到系统的结构特点和目标函数的离散性,提出二个层次的优化计算方法,其中递级凝聚法用于大系统建模分析,改进的离散型共轭梯度法和改进的离散型 Lagrange 直接法分别执行具体的最优或次优化计算;算例讨论了复杂项目在抗震设防标准、工程造价和总投资分配方面的优化决策。上述概念、原则与方法为复杂工程的系统化设计、土木工程问题的科学决策提供了理论分析的基础。

工程结构整体承载力设计与优化的弹性模量缩减法研究

为解决当前结构设计和优化方法不能定量设计结构整体承载力的问题,基于弹性模量缩减法建立了工程结构整体承载力设计公式与优化准则。首先利用齐次广义屈服函数定义单元承载比、基准承载比和构件承载比,据此建立高、低承载构件的判别准则。然后利用弹性模量缩减法首步和末步迭代分析结果求解构件安全系数和结构整体安全系数。根据截面强度和安全系数之间的正比例关系,按照预定的结构整体安全系数确定高承载构件的截面强度,使结构同时在构件和整体两个层面上满足承载安全性要求。进而以均匀承载为准则,根据截面强度与单元承载比之间的反比例关系缩减低承载构件截面强度,开展结构优化设计,获得承载安全性能和经济性能均优的结构设计方案。算例分析表明,该方法有效克服了传统设计方法的缺陷,具有较高的计算精度和效率。

优化设计中的全域最优简易搜索法

确定优化设计问题全域最优解，通常的做法是，优化搜索过程首先在由独立设计变量所定义的可行域空间内进行，而在实际设计问题中，其最优解常出现在由不等式约束条件所定义的边界上。新方法只搜索某些边界，有时甚至只搜索边界的相交处。提出了一个简单的准则来确定最优解是出现在边界上还是在可行域内部。最后还给出了一个联轴器设计问题的求解过程。

凯威特型单层球面网壳的优化设计

以网壳的矢高、网格数、杆件截面积、球节点的体积为设计变量，以总造价最低为目标函数，采用直接搜索法与准则法有机结合的综合优化设计方法，按规范要求对网壳结构的外形及杆件的截面积进行优化设计，并考虑了竖向和水平地震作用．编制了 Ｓ Ｓ Ｓ Ａ Ｏ Ｐ（ Ｓｐａｃｅ Ｓｉｎｇｌｅ Ｓｈｅｌｌ Ａｒｅａ Ｏｐｔｉｍ ｉｚａｔｉｏｎ Ｐｒｏｇｒａｍ ）软件，同时使杆件面积规格化，以便直接用于实际工程．此外，计算中所需信息自动生成，实现了网壳结构设计的自动化．

基于模拟退火算法的舰船中剖面优化设计

舰船中剖面优化设计中的设计变量应为连续和离散的混合变量,文中引入的模拟退火算法能很好地解决连续和离散混合设计变量的优化问题.将经过改进的模拟退火算法应用到舰船中剖面结构优化设计中.实船的优化计算算例取得了合理的结果.由此表明,应用模拟退火算法进行舰船中剖面结构优化设计是可行且高效的。

海上风机支撑结构整体优化设计

[目的]当前国内海上风电项目在投标阶段通常采用分步迭代设计(Sequentially Iterated Approach,缩写为SIA)方法和流程,风机厂家给出塔架设计并担保工程量,但最终得到的设计往往是塔架最轻的局部最优设计而不是整体支撑结构最轻的设计。为了降低海上风电平准化度电成本(Levelized Cost of Energy,缩写为LCoE),提出了整体优化设计(Integrated Design Optimization,缩写为IDO)的流程和优化列式,建议在海上风电项目招标阶段业主可要求风机厂家联合设计院编制并提交整体设计投标方案,把设计域扩大到整体支撑结构进行优化设计,寻找全局最优的设计。[方法]为了说明IDO方法和流程的优势,以某海上单桩基础项目为例,分别计算不同塔架直径和单桩基础直径的共18种设计方案,比较了采用SIA方法与IDO方法获得的结果。[结果]结果表明:IDO相比SIA可在塔架质量增加较小时大幅减少整体支撑结构的质量。[结论]在今后的海上风电工程项目应用中,可通过IDO优化设计方法和流程给出整体支撑结构最轻的设计方案,为降低海上风电LCoE提供可行的解决方案。

考虑模糊可靠度的抗震结构优化设计

在结构优化的目标函数中，不仅应考虑结构造价，而且应考虑结构服役期的损失期望。为此，我们定义了抗震结构模糊可靠度的概念。利用抗震设计原则和地震危险性分析给出了一个计算模糊可靠度的方法。然后提出了三步优化法；第一步，寻求一系列对应于不同设防烈度的最小造价设计；第二步，同时考虑造价和地震引起的损失期望，寻求最优设防烈度；第三步，寻找相应于此最优烈度的最小造价设计。

分系统最优化与总系统最优化的关系探讨

对于工程系统的优化设计，本文讨论了各分系统（或单元）最优化与总系统最优化的关系．提出了各分系统（或单元）单独进行优化设计后所得总系统能够实现最优的条件，并给出了数学证明；讨论了一般情况下分系统（或单元）单独优化后所得总系统并不能达到最优化的原因，指出对一般工程大系统必须进行全局协调优化才能真正收到优化的效果．