遗传算法在约束优化问题中的应用

介绍了利用遗传算法求解约束优化问题的一般方法,在分析传统方法的基础上提出一种遗传算法求解约束优化问题的新方法,还对该方法在不同问题下作了分析,证明了该方法对求解有约束优化问题有良好性能。     

基于SIMP方法的多约束连续体拓扑优化方法研究

近20年来,SIMP方法由于具有较高的计算效率已成为连续体拓扑优化的主流方法。本文基于SIMP方法提出了一种适用于多约束(包括体积率约束、位移约束、固有频率约束等)的连续体拓扑优化方法,建立了基于SIMP方法的多约束连续体拓扑优化的数学模型、优化计算基本流程和迭代公式,并通过短悬臂梁、简支梁等典型数值算例验证了有效性。本文亦讨论了SIMP拓扑优化的网格依赖性以及过滤半径取值对优化结果的影响。     

高层建筑钢结构综合优化算法研究

基于位移准则优化算法,针对高层建筑钢结构特点,给出了基于通用表达的风荷载下高层建筑钢结构位移准则优化算法公式,提出了层间位移限制的整体约束,和强度、稳定与挠度限制的局部约束相结合的实用综合优化算法策略。算例分析表明,此综合优化算法对钢框架与钢框撑结构均具有较好的收敛性,且优化结果同时满足了整体与局部约束,具有很好的直接实用性。     

基于遗传算法给水管网优化模型的改进研究

目前基于遗传算法的给水管网优化模型存在很多缺陷,为提高其实用性,对优化模型进行了改进.在约束条件中,用流量约束代替最小管径约束,并加入了流速约束.在此基础上,采用罚函数法对目标函数进行改进,实现了给水管网多工况优化设计.通过实例计算对比了各种设计方案,验证了改进后的优化模型在供水安全性和经济性方面的优越性.     

基于MATLAB的单面接触屈曲荷载计算

采用双模量线性约束模型考虑芯板对面板的受压和粘结约束作用,运用能量法分析了面内压力作用下钢—混凝土组合墙板中面板的单面接触屈曲问题。为了解决MATLAB优化函数非全局优化问题,编写了二次搜索极小值函数,实现了对目标函数的全局优化,利用MATLAB的符号运算和优化工具箱求得了不同约束情况下的屈曲系数。通过与已有成果进行对比,验证了所用方法的有效性。     

基于SLP方法的框架全约束优化

探讨了钢筋混凝土框架结构整体优化,并考虑了最大层间位移角的约束,在SLP优化方法的思路上,编制了框架优化程序和内力计算程序。通过算例验证,该方法对小型框架结构具有一定的可行性,而且可以看出,框架结构整体优化较能合理分配刚度。最后,对框架结构整体全约束优化提出了自己的看法。     

基于遗传算法的项目管理优化仿真研究

传统的项目进度一维优化扩展至有偏好的二维目标(进度、成本)优化,同时将成本优化目标分解为项目成本大小以及资源均衡度从而构成三维目标优化,将无资源约束的环境扩展至资源约束下的复杂环境,将局部搜索优化领域扩展至全局范围内的优化.在内容上,先对项目的单目标优化管理理论进行详尽研究并指出其现实的局限性,同时提出了智能启化式方法-遗传算法在资源约束下项目管理优化方面的优势.在此基础上本文构建了基于三维目标偏好的项目管理优化仿真模型,解决了项目管理优化理论中最为重要的两大问题:资源约束下的项目进度优化以及资源约束下的三维目标(项目进度、项目成本以及资源均衡度)的优化问题.为了验证此模型对以上问题的有效性,本文应用Matlab仿真技术进行仿真模拟并与传统方法做比较,从结果可以看出遗传算法能够更好的解决此类问题.     

钢支撑-混凝土框架结构优化研究

针对新版抗震规范GB50011-2010所提出的钢支撑-混凝土框架结构体系,本文采用一种两阶段优化方法对其进行优化研究,用VB和FORTRAN语言编写了相应的优化程序并结合工程算例对程序的优化效果进行了验证.两阶段优化方法以结构造价为目标函数,第一阶段是基于虚功原理、拉格朗日乘数法,以位移约束为约束条件的优化过程;第二阶段则是采用多级优化方法,以强度约束、施工构造约束等为约束条件的优化过程.该方法能够以较快的优化速度解决钢支撑-混凝土框架结构的优化问题,具有较好的工程实用价值.     

基于LINGO及虚功原理的框架——核心筒结构优化研究

以框架-核心筒抗侧构件总造价为优化目标,使用VB语言编写了相应程序,调用LINGO作为优化工具进行数学摸型的优化求解,对框架-核心筒结构进行了优化研究。优化过程中通过虚功原理显式的表达了位移公式,将整体位移约束和强度约束放在同一层次进行优化以提高优化效率。通过算例验证了优化程序的合理性,研究结果对工程实际具有一定的参考价值。     

基于多约束的三分叉铸钢节点拓扑优化研究

针对树状结构三分叉形铸钢节点质量过大的问题,采用拓扑优化方法对其进行轻量化设计,参考相关文献,建立了以节点最小化柔度为目标,以体积分数和疲劳应力两种约束同时作用的连续体拓扑优化数学模型,采用Hyper Works软件对节点进行了拓扑优化设计,生成新的拓扑构型。重点对模型网格划分、拓扑优化单元静态密度云和不同单元密度控制的单元密度等值面进行了研究,对比分析了拓扑优化节点和原始节点的静力学性能。结果表明在考虑体积分数约束的同时,施加应力约束,实现了节点的多约束拓扑优化,解决了节点轻量化设计与抗疲劳设计的矛盾,更加符合实际工程问题的要求。     

MIMO双向中继信道能量效率优化算法

研究了多输入多输出(multiple input multple output,MIMO)双向中继信道的能量效率优化问题。首先考虑无功率约束下的能量效率优化问题,采用嵌套优化方法得到最优的功率分配。然后求解有功率约束时的能量效率优化问题,如果无功率约束时的最优解在最大功率约束内,则该最优解为有功率约束时的最优解;否则通过确定一部分节点的最优发射功率,减小剩下节点的发射功率的优化区间来求解该问题。仿真结果验证了所提优化算法的有效性。     

微分演化算法在桁架形状优化中的应用

为了获得全局最优和解决具有应力约束、几何约束以及局部稳定性约束的桁架形状优化问题中2类不同设计变量耦合给优化带来的困难,将1种新型智能优化算法——微分演化(Differential Evolution,DE)应用于桁架结构的形状优化问题中。给出了考虑节点坐标和截面面积两类不同性质的设计变量的桁架结构优化的数学模型,并对几个经典的桁架结构进行优化,将所得结果与其他优化算法结果进行了比较。数值结果表明了DE算法具有良好的收敛性和稳定性,可以有效地进行桁架结构的形状优化设计。     

基于工程限值约束的结构拓扑优化设计分析

基于固体各向同性材料惩罚密度插值模型,建立近似支撑框架模型,以最大刚度为优化目标,以优化体积比及工程限值为约束条件,对支撑框架结构进行了优化。工程限值约束包括最大、最小尺寸约束,对称性约束以及顶点位移约束等。研究结果表明：当支撑框架中斜撑的斜交角度为39°~59°时,框架具有较好的抗侧刚度;当优化体积比为0.3时,优化后结构顶点位移较原设计域增加19%。引入工程限值约束条件能使拓扑优化后的结果有效应用于实际工程,优化后结构具有框架形态,无不易建造的细微结构,减少了低效材料分布,从而降低造价。     

基于安全度约束的多次预应力钢结构优化设计

建立了多次预应力钢结构优化设计的模型,考虑了应力、位移等安全性约束,将线性规划与满约束准则法相结合,提出了效率较高的新优化策略和方法,可以得出每一级的预应力值和各个构件的优化截面。分别对具有局部布索或整体布索的大跨度钢屋架、平行钢桁架进行了优化计算分析,验证了本文的理论和方法。     

实用机构优化设计(三)

第四节约束优化方法1.约束优化问题的数学模型约束优化问题的数学模型已在第一节中做了介绍。即: 约束极值点有何数学特征呢?仍由简单的二维问题谈起,并主要从几何特征着手归纳它的数学特征。     

基于遗传算法的钢框架—BRB结构优化

将钢框架—BRB结构优化设计分为小震优化阶段和大震调整阶段。小震优化阶段以造价最低为优化目标,引入拓扑变量来表示BRB的布设位置,将BRB的位置、等效截面面积和框架的截面作为设计变量,在同时满足梁柱构件的强度和稳定性约束、BRB不屈服约束及层间位移约束的前提下,通过遗传算法对钢框架—BRB结构进行整体优化;大震调整阶段对不符合大震层间位移约束的结构采用准则法调整构件截面。进行了较为全面的钢框架—BRB结构优化设计,在满足规范要求的前提下大幅降低结构造价,提高了结构的经济性。     

结构约束下装配式建筑施工调度优化

装配式建筑是建筑行业智能建造、工业化发展转型的必由之路,但在实际中常面临因施工调度不合理导致的施工周期长、成本高等问题,限制了其优势潜能的发挥。为解决这一问题,本文从结构和资源约束视角出发,对装配式建筑施工调度进行优化。首先,基于BIM技术对预制构件结构约束进行识别;然后,以最小工期为目标,综合考虑施工资源约束,提出结构约束下装配式建筑施工调度优化模型,并基于遗传算法进行求解,得到优化调度方案。最后,进行了案例分析和验证。结果表明,提出的装配式建筑施工调度优化模型较传统顺序施工方法而言更能缩短项目工期。     

弦支穹顶结构尺寸优化设计的研究

以结构重量为目标函数,考虑构件稳定应力约束、强度应力约束、长细比约束和结构位移约束,对弦支穹顶结构进行了尺寸优化设计研究。为有效引入位移约束,采用位移关于构件截面积梯度分量权重来增加构件截面积。为提高设计变量的搜索效率,对钢管、钢索和钢拉杆规格库进行了优化排序处理,显著提高了优化搜索速度。采用优化设计方法,对深圳大运会篮球馆屋盖弦支穹顶结构进行了尺寸优化设计研究。研究结果表明,在构件稳定应力、强度应力、长细比和结构刚度(位移约束)等约束满足设计要求前提下,结构用钢量显著减少。优化设计方法搜索速度很快,应用简单,可用于大型弦支穹顶结构设计中。     

地下洞室断面形状的优化计算方法

探讨了地下洞室断面形状的优化计算方法和应用,以隧洞断面的特征尺寸为设计变量,围岩破坏区总面积为目标函数,工程要求的过流量断面面积为约束条件。用序列无约束极小化方法（ＳＵＭＴ）求解非线性有约束的优化问题。对拟建工程的隧洞进行了优化分析。成果是合理的。     

考虑结构整体稳定性的单层网壳优化设计

提出了把近似满应力设计方法、弧长法和相对差商法结合起来的改进的离散变量两级优化方法,给出了同时考虑应力约束、位移约束和结构整体稳定性约束的优化算法。在考虑几何非线性的基础上,研究了单层网壳结构以结构质量最轻为目标函数的优化问题,编制了相应的计算程序,并通过算例进行了分析验证。