基于遺傳算法的單層球殼優(yōu)化理論研究.pdf

1、近年來(lái)，單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在我國(guó)大跨空間結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。利用優(yōu)化手段，對(duì)于減輕結(jié)構(gòu)自重、降低用鋼量以及結(jié)構(gòu)造價(jià)有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。遺傳算法是一種模仿自然界生物種群選擇和進(jìn)化的隨機(jī)搜索算法，其通用性和魯棒性較強(qiáng)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)優(yōu)化算法的不足，尤其適用于處理傳統(tǒng)算法難以解決的復(fù)雜問(wèn)題和非線性問(wèn)題；但其缺點(diǎn)是容易陷入局部收斂和后期收斂速度放慢，因此有必要對(duì)遺傳算法進(jìn)行改進(jìn)。本文將自適應(yīng)策略與小生境技術(shù)引入其中，從而可以有效維持種群中個(gè)體的多樣性

2、，同時(shí)可以改善全局收斂的可靠性。通過(guò)改進(jìn)的遺傳算法（ANGA算法）分別對(duì)單層球殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行質(zhì)量最小和整體剛度最大的優(yōu)化分析研究，表明該方法應(yīng)用的可行性和收斂性，且其具有全局搜索能力強(qiáng)、運(yùn)算穩(wěn)健性好等優(yōu)點(diǎn)。 在地震區(qū)建立的單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，動(dòng)力失穩(wěn)和強(qiáng)度破壞是結(jié)構(gòu)發(fā)生倒塌破壞的兩種重要模式，如果其在未預(yù)料到的地震作用下發(fā)生倒塌，就會(huì)危及人民生命安全并造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此如何控制單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的倒塌模式是其優(yōu)化問(wèn)題的重點(diǎn)。本文采用小生境

3、遺傳算法對(duì)單層球殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行倒塌模式的優(yōu)化，通過(guò)優(yōu)化分析，驗(yàn)證了基于ANGA算法動(dòng)力響應(yīng)優(yōu)化的可行性和合理性，可以有效處理單層球殼的動(dòng)力響應(yīng)優(yōu)化問(wèn)題。 在單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，必然會(huì)遇到大量的不確定性信息和因素。對(duì)這些不確定性因素應(yīng)該使用模糊理論加以分析和處理，同時(shí)往往要考慮多個(gè)目標(biāo)如質(zhì)量最小和整體剛度最大等。本文利用隸屬函數(shù)建立模糊優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，采用模糊判決法，將多目標(biāo)的模糊優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)的非模糊優(yōu)化問(wèn)題，然后使用

4、本文的ANGA算法得到模糊優(yōu)化解。最后，通過(guò)本文的模糊判決法對(duì)單層球殼進(jìn)行優(yōu)化分析，其優(yōu)化結(jié)果令人滿意，驗(yàn)證了本文方法的合理性和可行性。 本文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下： 1．遺傳算法是解決優(yōu)化問(wèn)題的重要方法。本文對(duì)遺傳算法的雜交算子和變異算子采用自適應(yīng)策略，并且將小生境技術(shù)引入其中，從而形成一種小生境遺傳算法（ANGA）。通過(guò)多峰函數(shù)的優(yōu)化結(jié)果表明：從進(jìn)化代數(shù)、收斂精度和計(jì)算時(shí)間三方面都驗(yàn)證了該算法的有效性和可行性。

5、 2．違法約束條件的處理方法。本文對(duì)違反約束條件的個(gè)體，采用了Gen和Cheng的懲罰方法進(jìn)行懲罰。分析表明：該方法可以有效地淘汰不滿足約束的個(gè)體，使個(gè)體向最優(yōu)解集中。 3．設(shè)計(jì)優(yōu)化流程。本文采用VC++語(yǔ)言編寫(xiě)ANGA程序，用ANSYS的APDL語(yǔ)言建立單層球殼結(jié)構(gòu)模型，從而形成ANGA-ANSYS方法，即以ANSYS軟件為技術(shù)平臺(tái)，采用VC++編程，開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了本文的優(yōu)化方法和優(yōu)化策略，該程序具有可移植性好和優(yōu)化分析能力強(qiáng)

6、等優(yōu)點(diǎn)。 4．三大優(yōu)化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。本文采用ANGA算法分別對(duì)單層球殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行質(zhì)量最小、整體剛度最大和控制倒塌模式優(yōu)化。優(yōu)化結(jié)果表明：小生境遺傳算法可以有效應(yīng)用于優(yōu)化變量繁多的大型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)截面優(yōu)化問(wèn)題，優(yōu)化效果明顯。 5．多目標(biāo)模糊優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)。本文采用模糊數(shù)學(xué)的原理建立單層球殼的多目標(biāo)模糊優(yōu)化模型，通過(guò)模糊判決法，實(shí)現(xiàn)模糊問(wèn)題的非模糊化，最后利用本文的ANGA算法對(duì)非模糊化的優(yōu)化模型進(jìn)行求解。通過(guò)對(duì)各種模糊判決法的優(yōu)化結(jié)果