基于遺傳算法的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形態(tài)創(chuàng)構(gòu)方法研究.pdf

1、作為一種重要的建筑結(jié)構(gòu)形式,網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)因其受力合理,造型優(yōu)美而在空間結(jié)構(gòu)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,但存在著結(jié)構(gòu)形式單一,網(wǎng)格劃分固定的缺陷,因此,通過(guò)形態(tài)創(chuàng)構(gòu)得到形式新穎,受力合理的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是有意義的。
　　本論文基于遺傳算法對(duì)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了形態(tài)創(chuàng)構(gòu)方面的研究。介紹了遺傳算法的基本原理,建立了基于遺傳算法的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形態(tài)創(chuàng)構(gòu)的思路:首先,根據(jù)結(jié)構(gòu)平面投影建立合適的基結(jié)構(gòu),然后,對(duì)基結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)?、形狀和截面?yōu)化,得到新穎合理的結(jié)構(gòu)形式。對(duì)拓?fù)鋬?yōu)

2、化,以穩(wěn)定的三角單元為編碼,通過(guò)對(duì)三角編碼的取舍進(jìn)行桿件的組合,形成不同的桿件連接方式。對(duì)形狀優(yōu)化,以結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)為操作對(duì)象,結(jié)構(gòu)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)選擇z方向的一系列離散坐標(biāo)值,進(jìn)行節(jié)點(diǎn)豎向坐標(biāo)的改變,從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的形狀優(yōu)化;對(duì)截面優(yōu)化,通過(guò)建立包含一組不同截面的截面表,結(jié)構(gòu)中的每根桿件從截面表中選擇截面。對(duì)不同的變量采用不同的編碼形式,其中拓?fù)渥兞坎捎枚M(jìn)制0-1編碼,節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)變量和截面變量采用整數(shù)編碼。
　　本文分別以結(jié)構(gòu)質(zhì)量最小和結(jié)構(gòu)質(zhì)

3、量外力功的乘積最小為目標(biāo),以平面投影為正方形和正六邊形結(jié)構(gòu)為例,通過(guò)拓?fù)浣孛鎯?yōu)化和拓?fù)浣孛嫘螤顑?yōu)化進(jìn)行形態(tài)創(chuàng)構(gòu),荷載情況分別為豎向集中荷載和豎向均布荷載,通過(guò)懲罰函數(shù)的形式考慮了桿件強(qiáng)度、桿件長(zhǎng)細(xì)比、壓彎桿件的穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)整體位移等約束條件。
　　在優(yōu)化過(guò)程中提出了保證拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)完整性及合理分配均布荷載的方法。結(jié)構(gòu)完整性指拓?fù)渚幋a生成結(jié)構(gòu)時(shí)保證生成的是結(jié)構(gòu)而不是機(jī)構(gòu),結(jié)構(gòu)中沒(méi)有孤立的桿件群,以避免結(jié)構(gòu)剛度矩陣奇異。在均布荷載作用時(shí),

4、需要將荷載分配到適當(dāng)?shù)墓?jié)點(diǎn)上,采用的方法是將結(jié)構(gòu)平面投影劃分為許多相同的足夠小的荷載格子,以每個(gè)小格子的荷載為基本單元,將其分配到距離荷載格子形心最近的節(jié)點(diǎn)上。
　　同時(shí),考慮到實(shí)際結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)的多樣性,進(jìn)行了多目標(biāo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)形態(tài)創(chuàng)構(gòu)的嘗試,以結(jié)構(gòu)質(zhì)量最小和結(jié)構(gòu)外力功最小為目標(biāo),建立結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的兩目標(biāo)模型,運(yùn)用改進(jìn)的SPEA方法,對(duì)集中荷載和均布荷載作用下平面投影為正方形的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了形態(tài)創(chuàng)構(gòu),分別得到了一系列較好的Pareto解。