基于遗传算法悬挂式复合材料烟筒的优化设计

摘要

复合材料具有比强度、比模量高、耐酸、耐碱优良特性，还可以通过适当的组分配比改变材料性能，可同时进行结构设计与材料设计，这使得复合材料成为电厂防腐内衬的最佳选材之一。通过合理的优化设计可以降低材料的生产成本，最佳化材料的性能。有限单元法是目前工程界应用最为广泛的数值分析技术，遗传算法是全局化的搜索算法，通用性好、适用性强。但是目前还没有融合遗传算法的优化软件，本文的主要目的是通过融合有限单元法与遗传算法来优化设计悬挂式复合材料烟囱，主要内容如下：
　　 1、本文的重点是复合材料排烟筒的有限元分析及结构优化，因此有限元分析阶段采用大型商业分析软件ANSYS对复合材料烟囱进行力学性能分析，在结构优化阶段采用MATLAB商业软件包，通过ANSYS软件获取MATLAB遗传算法程序所需的适应度值。
　　 2、建立优化分析模型，包括设计变量、约束条件及目标函数，通过适当的技术手段使分析模型转换为遗传算法所需的分析模型。本文设计的约束条件即复合材料失效准则，主要涉及最大应力及最大应变准则，首层失效准则，不考虑壳结构的刚度退化。
　　 3、编制APDL程序。遗传算法需要高度的智能化，本文通过ANSYS软件二次开发语言APDL语言编写分析程序，无需打开有限元分析软件，可以通过后台操作进行分析，并传递遗传算法所需的适应度值。
　　 4、编制遗传算法。遗传算法是一种全局化的搜索方法，在复合材料优化设计分析方面得到广泛的应用。本文即用遗传算法对复合材料排烟筒进行结构优化设计。依据编码准则，对结构设计变量进行编码，构成算法的个体；将约束条件及目标函数转融入适应度函数，依据适应度函数值评判个体的适应性；经过若干代的遗传迭代运算获得适应度最高的个体，依据解码准则，对个体进行解码获得结构最优解；有限元程序计算最优个体的适应度，并与前期阶段的分析结果进行对比。验证程序整体框架结构的合理性。