拓扑优化-拉压杆模型方法设计钢筋混凝土开孔深梁的仿真研究

为了提高钢筋混凝土深梁设计的合理性,提出一种拓扑优化-拉压杆模型(strut-and-tie model, STM)设计方法,并展开与中国现行规范推荐的经验设计方法的对比研究。共设计了3组6根钢筋混凝土开孔深梁,开展了相应的非线性有限元静力仿真。结果表明,采用拓扑优化-STM方法设计的构件不仅能在减少15%~25%钢筋用量的情况下提升20%以上的承载力和30%左右的变形能力,而且可以减少孔洞角部等应力较大处的混凝土拉损伤,提升这些部位钢筋的利用率。因此,拓扑优化-STM方法可为日后的钢筋混凝土开孔深梁设计提供参考。

基于关联分析模型的茶叶销售经济效益优化方法

为提高茶叶营销企业在市场运营过程中的经济收益,引进关联分析模型,开展茶叶销售经济效益优化方法的设计研究。对企业的茶叶营销渠道进行统计,掌握茶叶在生产、加工、处理、包装、营销等环节中产生的相关数据,将数据采集过程中的总产值时间序列作为参照,进行采集数据的标注、编码与无量钢化处理;引进关联分析模型,将茶叶作为营销产品,进行销售茶叶潜在效用的计算;引进关联规则,对产品生产与营销过程中产生的相关数据进行挖掘,通过计算组合销售或联合交叉销售效果系数,实现对茶叶组合销售与经济效益方案的优化。对比实验结果表明:设计的经济效益优化方法应用效果良好,该方法可以有效提高茶叶销售经济效益规模,通过此种方式,为营销企业创造更高的价值。

基于Kriging模型与FORM的钢板组合梁桥结构优化设计

考虑材料参数的不确定性以及设计变量多重约束条件的影响,提出了基于可靠性分析的钢板组合梁桥结构优化设计方法。首先,利用拉丁超立方试验设计(Latin hypercube design,LHD)构建试验组合方案,并通过有限元分析获取试验设计组合下的最大挠度响应值。基于获取的训练样本,构建能够表征结构最大挠度值与随机输入之间映射关系的Kriging代理模型。基于建立的代理模型,以钢结构截面积最小化为目标函数,建立符合规范要求与可靠度约束的优化数学模型,并采用一阶可靠性方法(first order reliability method,FORM),实现设计变量优化。通过比较具有相同设计变量上限,但下限分别为初始值的80%和70%两种优化设计方案,评估了两者在相同阈值以及不同阈值下设计变量的优化结果。最后对方案二在阈值为17 mm下的优化结果进行极限状态验算。结果表明:两个优化设计方案在阈值为17 mm下的优化结果更具合理性,并且方案二在同一阈值下具有更高的优化程度。随着阈值增加,优化程度增加,且腹板高度在较大阈值下对结果影响更大,而翼缘宽度在较小阈值下影响更大。

基于数据驱动的桁架优化设计方法

针对目前圆管带式输送机桁架有限元分析和优化方法中存在的过程繁琐以及仿真速度、目标性差等问题,提出了利用数据驱动方法来优化改进圆管带式输送机桁架的方法,从而简化有限元分析和优化过程,减少分析和优化时间。首先明确桁架的加载方式及荷载值,运用控制变量法、数值模拟法及工程经验选取桁架最终构型并进行有限元分析。其次以实际仿真值作为输入值,建立基于数据驱动的优化网络模型。最终在不超过最大应力的条件下,利用优化网络模型获得桁架质量的寻优结果。结果表明,基于数据驱动的优化方法在圆管带式输送机桁架优化上具有快速性和准确性的优势,能够满足工程需要。

基于多层连通性模型的动态调控参数优化方法

油田生产优化技术是快速制定高效开发方案的重要基础。为应对老油田多井多层系等复杂开发情况,根据油水井物质守恒方程和Buckley-Leverett前缘推进理论,提出了多层连通性模型动态调控参数优化方法,通过压力求解获得井间流量分布,含水饱和度追踪计算油水动态,采用遗传退火进化算法优化求解连通性参数。矿场实例测试表明,提出的动态调控参数优化方法,与基础方案相比,累计产油增加433.82×104m3,净现值增量44.77%,该方法具有较好的实用性,可为水驱剩余油挖潜,稳油控水等开发方案编制提供支持。

应用优化建模法构建红松人工林单木直径生长模型

为了提高不完备数据集下红松人工林直径生长模型的预测精度,以1980—2022年黑龙江省75块红松林不同复测间隔期的样地数据(林木胸径、竞争因子和立地等),利用优化建模法构建红松人工林单木直径生长模型,采用单纯形优化算法寻求模拟和实测直径分布差异最小下的模型参数,并利用自举法对模型进行检验。结果表明:优化建模法损失函数的初始参数a=1、b=0.003、c1=c2=1.5时,预测期末林分断面积偏差为0.02 m^(2)·hm^(-2),显著优于由传统归回建模法的精度(林分断面积偏差为0.44 m^(2)·hm^(-2));结合实测数据与视图分析,验证了优化建模法的优势和可靠性,揭示了优化法损失函数与传统回归法构建的直径生长模型之间的差异。因此,优化法损失函数构建的红松人工林生长模型在模拟自然生长中表现优越,为制定科学的森林经营方案提供了技术支持。

斜拉桥索塔锚固区环向预应力筋优化方法研究

为防止斜拉桥索塔锚固区开裂、改善锚固区应力分布,基于遗传算法结合三维数值仿真提出一种索塔锚固区环向预应力筋优化方法,该方法利用数值仿真模型识别混凝土待优化区域,将张拉系数作为设计变量,建立数学优化模型,再结合遗传算法不断迭代优化设计变量,使索塔锚固区达到最优应力状态。以溧宁高速公路景宁高架段斜拉桥为背景,通过数值仿真和足尺模型试验,建立优化模型并采用遗传算法以锚固区应力水平为优化目标对索塔锚固区环向预应力筋进行优化迭代,并依据实测预应力损失修正优化方案。结果表明:环向预应力筋能为锚固区塔壁提供6~8 MPa的预压应力,可有效增强锚固区塔壁的抗拉能力;足尺模型试验实测预应力损失约为10%,且通过试验测得的应力值与理论计算值相吻合,数值仿真结果准确;采用最终得到的预应力方案可使索塔锚固区最大拉应力降低27.1%,有效改善锚固区应力分布状况。

基于APSIM模型的旱地小麦叶面积指数相关参数敏感性分析及优化

为解决作物模型参数率定过程中参数众多导致的敏感参数定位迟缓和调参效率低的问题,本研究运用敏感性分析和智能优化算法相结合的方法对作物模型参数进行调整,以甘肃省定西市安定区李家堡镇麻子川村(2002—2004年)和凤翔镇安家沟村(2015—2017年)大田旱地小麦试验数据(叶面积指数)为参照,利用扩展傅里叶幅度检验法(EFAST),对APSIM-Wheat旱地小麦叶片生长子模型的23个参数进行敏感性分析,得到对模型结果较敏感的部分参数,然后利用粒子群优化算法对部分敏感参数进行优化。结果表明:1)影响旱地小麦叶片生长最敏感的参数依次为叶面积指数为0时最大比叶面积、叶片生长的氮限制因子、出苗到拔节积温、消光系数、拔节到开花积温、蒸腾效率系数;2)旱地小麦叶片生长子模型的参数优化结果:叶面积指数为0时最大比叶面积为26652 mm^(2)∙g^(−1),叶片生长的氮限制因子为0.96,出苗到拔节积温为382℃·d,消光系数为0.44,拔节到开花积温为542℃·d,蒸腾效率系数为0.0056;3)上述参数优化后的叶面积指数实测值与模拟值之间的均方根误差平均值从参数优化前的0.080减小到0.042,归一化均方根误差平均值从11.54%减小到6.11%,模型有效性指数平均值从0.962增加到0.988,优化后叶面积指数的模拟更好。该方法相对于传统的手工试错法,避免了优化参数的不确定性,实现参数自动率定,提高模型参数的率定效率,有利于模型快速地本地化应用,并指导农业生产。本研究方法也对APSIMWheat模型中其他作物模块的参数调整优化具有指导意义。

面向冲突化解的双线交汇区段列车编队双层优化模型

针对虚拟编组列车在双线交汇区段上面临的冲突与通过效率问题,提出了多种速度组编协调策略。将列车汇入时间、次序、编队组合和速度序列决策集成在双层优化模型中,上层模型优化通过效率,下层模型提高编队质量;设计双层嵌套粒子群算法,将汇入时间作为双层模型的中间交互变量,使列车群能根据环境需求收敛于不同队形。仿真结果表明,加入协调速度优化可以提高组编过程效率,双层编队模型可以在确保编队结构稳定性和均衡性的同时提高既有线路通过率。

基于ACBO-GM联合方法的高维变量结构模型修正

工程结构模型修正常面临变量维度高、非线性程度强等现实问题,其模型修正的精度和效率受到严重影响,为改善这一不足,提出基于改进物体碰撞算法(Advanced Colliding Bodies Optimization,ACBO)和高斯白噪声扰动(Gaussian-white-noise Mutation,GM)的联合修正方法。在联合方法中,ACBO实现从传统的“一对一”到“优对多”的碰撞模式的转变,GM则用于保证碰撞过程中种群的多样性,可有效提升结构模型修正效率。基于一系列测试函数,对比分析标准物体碰撞算法(Colliding Bodies Optimization,CBO)和联合优化方法的优化性能;给出基于ACBO-GM联合方法的修正流程,并将其应用于钢框架修正算例和悬臂梁修正实例,对比研究基于联合修正方法与基于遗传算法(Genetic Algorithm,GA)的修正精度和效率。研究表明,ACBO-GM联合优化方法在精度和效率方面都明显优于传统的CBO方法,该优化方法的可行性得到验证;基于ACBO-GM联合方法在钢框架和悬臂梁两个工程结构修正案例中的应用,其修正精度均与基于GA方法的精度一致,但修正效率显著优于基于GA的修正方法。

基于混沌优化算法的列车动力学模型参数辨识

针对列车动力学参数未知问题,设计基于混沌优化算法的非线性列车模型参数辨识方法。将高速列车参数估计问题转化为优化问题,给出混沌优化参数估计框架,采用变尺度优化方法,在搜索进程中不断缩小优化变量的搜索空间及二次搜索调节系数,提高搜索精度。计算机仿真验证算法的有效性和可行性,基本混沌优化算法的参数辨识相对误差较遗传算法提高26.8%,基于变尺度混沌优化算法的参数辨识相对误差较基本算法提高了48.7%。

基于Kano-QFD模型的高铁快递服务优化研究

针对现在高铁快递普及程度较低,高铁快递服务产品未能较好服务于大众的问题,利用Kano-QFD模型对高铁快递服务产品进行优化。通过调查问卷收集大众对于高铁快递的需求,并且对其按照Kano模型需求分类表进行分类。并按照QFD模型中的质量屋分析方法。

基于力法的格构梁节点荷载分配方法及悬臂段长度优化设计

格构梁节点荷载简化分配方法的不足在于无法考虑2个方向的梁上其他节点荷载的影响且对文克尔(Winkler)地基上梁的类型进行了主观假定。为克服格构梁节点荷载简化分配方法的上述缺点,提出了一种基于力法的格构梁节点荷载分配方法。根据节点静力平衡条件及变形协调条件,新的格构梁节点荷载分配方法通过构建并求解线性方程组,能够合理地将作用在节点的集中力分别分配给2个方向的纵梁和横梁。进一步地,引入一个格构梁边坡锚固案例并等比例地增加纵梁和横梁的悬臂长度。不同基床系数条件下,基于新的节点荷载分配方法将格构梁节点荷载分配给纵梁和横梁,然后对各梁单独进行弯矩计算。以悬臂最大正弯矩与跨中最大负弯矩比值的绝对值接近1为评价指标,对格构梁最优悬臂长度进行了评价。节点荷载分配结果表明,随着悬臂长度的增加,分配给纵梁和横梁的荷载逐渐趋于稳定。弯矩计算结果表明,随着基床系数的增大,悬臂长度对格构梁弯矩的影响逐渐减弱。不同边坡基床系数条件下,当悬跨比在0.2~0.4之间时,悬臂各梁最大正弯矩与跨中最大负弯矩趋于均衡。因此,基于力法理论的节点荷载分配方法的提出为格构梁内力的精确分析及悬臂长度优化设计提供了可靠的理论依据。

基于干扰观测器的复杂非线性系统优化控制方法

为了提高具有未知干扰的复杂非线性系统的控制性能和运行性能,提出了一种基于干扰观测器的复杂非线性系统优化控制方法(IOCM).该方法设计了一个基于模糊神经网络的模型逼近器来捕捉系统的非线性动力学,并利用干扰观测器来描述系统的未知干扰,以获得更准确的系统预测模型.然后,在多目标模型预测控制的框架下,提出了一种具有协同成本函数和多梯度算法的优化控制结构,以综合求解设定点和控制律.采用城市污水处理过程基准仿真平台(BSM1)验证所提方法的有效性.实验结果表明:暴雨天气条件下平均出水水质(EQ)为6711 mg/L、平均运行能耗(EC)为3805 kW·h;对比其他分步实现的优化控制方法,IOCM具有较好的鲁棒性,能够提高非线性系统的优化控制性能.

基于蝙蝠优化算法的智能机器人路径规划方法

为了解决智能机器人规划路径时,由于未能获取机器人信号目标强度,路径规划存在适应度值低和规划时间长的问题,提出基于蝙蝠优化算法的智能机器人路径规划方法。建立机器人模型并获取机器人目标信号强度,利用粒子群算法搜索机器人移动目标,结合蝙蝠算法和黄金正弦算法获取种群平均位置,通过分阶段搜索流程,实现机器人移动路径规划。结果表明:所提方法的路径规划时间仅为2.0 s,适应度达到了24.1,不可行解个数为零,该方法有效提高了适应度值,降低了规划时间,具备可行性和实际应用价值。

偏最小二乘Kriging模型辅助的高效全局优化方法

针对昂贵约束优化问题中因超参数过多引发的维数灾难及优化效率不高问题,提出一种新的偏最小二乘Kriging模型辅助的高效全局优化方法。该方法通过偏最小二乘核函数提升Kriging模型建模效率,构建两种偏最小二乘权期望填充准则实现模型的自适应调整及高效全局优化。测试函数及工程实例结果表明,所提方法可有效减少超参数计算量,提升昂贵约束优化问题求解效率。尤其在高维问题中,所提方法在解的收敛速度,稳健性及精度方面均具有优势。

计及线损的配电网线路交流融冰优化方法研究

当前配电网线路交流融冰过程中,大多只考虑成本进行融冰优化,忽略了部分属性因子,使得优化后线路最大覆冰厚度依旧较大。因此,提出计及线损的配电网线路交流融冰优化方法研究。由于线路损耗发热量会抑制覆冰增长,建立计及线损的覆冰增长模型,描述配电网线路覆冰变化情况。以最小交流融冰运行成本、最小覆冰厚度为目标,定义线路交流融冰优化目标函数,并提出电流约束、电压约束、融冰启动约束、覆冰厚度约束和融冰紧急性约束。运用禁忌搜索算法对目标函数进行不断求解,通过全局逐步寻优生成交流融冰优化决策。算法例分析结果表明:所提方法得出的优化决策实施后,配电网线路覆冰最大厚度仅为15.67mm,满足了输电网络安全运行要求。

物流网络与配电网运维检修相结合的协同优化方法研究

1.物流网络与配电网运维检修相结合的协同优化方法研究1.1构建物流网络与配电网运维优化模型在物流网络中,配送是一种特殊综合性的活动,它包含了几乎所有的物流功能,它是一个缩影,或者说是在一个很小的区域内进行的,以达到把货物送到的目标。物流网络与配电网的运行息息相关,其以安全、准确、高质量、低成本为目标^([1])。它不仅可以降低供方和需方的物流成本,还可以为社会节省运输车次、缓解交通压力、减少运输污染、保护生态环境等^([2])。

基于可拓创新方法的云仓储优化策略研究

在云仓储处于萌芽阶段的背景下,为使仓储环节更加高效,本文采用可拓创新方法对典型的单个仓库模型进行了分析,并提出了有利于仓储高质量发展的优化策略。本文通过组件和相互作用分析建立了仓库系统功能模型,以此找出了其中的不足功能。进行根原因分析后建立基元模型,进行问题求解,提出优化策略组。并通过层次分析法比较了各策略优度,为云仓储高质量发展提供建议。

基于代理模型的400 km/h高速铁路车-桥系统关键参数优化方法

针对高速铁路车-桥系统建模复杂,难以确定最优关键参数的问题,运用数值计算、代理模型和优化设计等方法,提出了400 km/h高速铁路车-桥系统关键参数优化方法。通过构建三维车桥耦合系统动力学模型,计算不同抽样组合的车体垂向加速度;构建车体垂向加速度Kriging代理模型,精确描述车辆轴重、桥梁徐变上拱值与车体垂向加速度的相互关系;以最小化车体垂向加速度为目标,提出车辆轴重与桥梁徐变上拱值的匹配优化模型,基于布谷鸟搜索算法获取最优设计参数。结果表明:车体垂向加速度对徐变上拱值的敏感度远高于车辆轴重;400 km/h高速铁路最优的车辆轴重为15 t,桥梁徐变上拱限值为3 mm,其车体垂向加速度最小,达到0.4909 m/s2。此方法为从系统层面进行桥梁徐变上拱控制和车辆设计提供了重要依据。