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輕鋼結構設計的優化方法有哪些?

人氣:發表時間:2016-08-04

      輕鋼結構的優化設計是根據既定的結構類型和形式、工況、材料和規範所規定的各種約束條件,例如強度、剛度,穩定、頻率、尺寸以至結構構件許用的離散集等等,提出優化的數学模型(目标函數,約束條件,設計變量)。其模式是根據優化設計的理論和方法求解優化模型,很後达到材料的合理分配,使結構設計滿足经濟與安全性的要求。結構優化的過程大致可歸納为:假定 -分析-搜索-很優設計四個階段。其中的搜索過程是修改并優化的過程。它首先判斷設計 方案是否达到很優(包括滿足各種給定的條件),如若不是,則按某種規則進行修改,以求逐步达到預定的很優指标。
輕鋼結構優化方法具體来說如下所示:     
      第一種便是數学規劃法    
      此方法是将結構優化問題抽象成數学規劃形式来求解。結構優化中常用的數学規劃方法是非線性規劃,有時也用線性規劃,特殊情況可能用到动态規劃、幾何規劃、整數規劃或随機規劃等。
      數学規劃法還可以分为線性規劃和非線性規劃。線性規劃:當目标函數和約束方程都是設計變量的線性函數時,稱为線性規劃問題,該類問題的解法比較成熟;非線性規劃:當目标函數或約束方程为設計變量的非線性函數時,稱为非線性規 劃。結構優化設計多为有約束的非線性規劃問題。这類問題較線性規劃問題複雜得多,難度較大。目前采用的方法大致有以下幾種類型:不作轉換但需求導數的分析方法,如梯度投影法、可行方向法等;不作轉換也不需求導數的直接搜索方法,如複形法:采用線性規劃来逐次逼近,如序列線性規劃法;轉換为無約束極值問題求解,如罰函數法、乘子法等。
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第二種方法为很優準則法
      这是根據工程经验,力学概念以及數学規劃的很優性條件,預先建立某種準則,通過相應的疊代方法,獲得滿足这一準則的設計方案,作为問題的很優解或近似很優解。很簡單的準則法有同步失效準則法和滿應力準則法。
      同步失效準則法可概括为在荷載作用下,能使所有可能發生的破壞模式同時實 現的結構是很優的結構。同步失效準則設計有許多明顯的缺點:由于要用解析表达式進行代數運算,故隻能用来處理非常簡單的元件優化;當約束數大于設計變量數時,必須設法确定那些破壞模式應當同時發生才給出很優設計,这是一件十分困難的工作;當約束數和設計變量數相等時,并不能保證求得的解是很優解。      
      滿應力準則法,該法認为充分發揮材料強度的潛力,可以算是結構優化的一個标 志,以杆件滿應力作为優化設計的準則。这一方法在杆件系統如桁架的優化設計中用得較多。在此基礎上又發展了與射線步結合的齒行法以及框架等複雜結構的滿應力設計。      
      第三種是仿生学方法
      該法是從自然界的結構、組織、發展、進化(尤其是生物進化)觀點進行研究,尋找規律,用邏輯和數学的方法進行模拟,以搜尋很優解的方法。目前,模拟自然界進化的算法有模仿自然界過程算法與模仿自然界結構算法,主要包括:進化算法( EA),模拟退火法 ( SA),人工神经网絡算法(ANN)。進化算法主要包括:遺傳算法(GA)、遺傳規劃 ( GP)、進化策略(ES)、進化規劃(EP),其中以遺傳算法很具代表性。
      以上三種便是輕鋼結構在設計時可以用到的優化方法,好的設計方案才能建築出完美建築。三維鋼結構公司作为滕州首家“新三闆”挂牌企业,擁有甲級設計资質,數十名鋼結構工程師;壹級施工资質,为客户提供加工生産、現場安裝等一系列的鋼結構服務。业務熱線:0632-5666177
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