采用最优准则法的结构优化设计研究

摘要

现代高层建筑是复杂的大尺度结构,其传统设计费时费力,且大多偏于保守.该文针对高层建筑的特点,采用了优化准则法来完成对高层建筑结构体系的优化设计.这种方法的特点是收敛迅速,且与设计变量的数目和结构规模的大小关系不大,因而对大型结构的优化设计问题特别有效.由于高层建筑中预制构件的大量采用,构件必须符合一定的规格和型号,因此考虑设计变量从预定的离散值序列中取值更符合工程实际.该文对优化设计中应用较多的圆整法做了改进,将得到的设计变量连续值向其最接近的离散值圆整,并将这一过程融合进每一迭代步中,解决了圆整后得不到可行解的问题,使之更符合工程设计的需要.实际的计算实例表明此方法简单易用,能够快速得到符合要求的离散设计,特别适用于高层建筑等大型结构的优化问题.优化设计的推广应用要求易于工程师使用的优化设计集成环境.作者采用了面向对象的思想和编程方法,对优化设计环境中各模块的关系和数据流向进行了分析,用C++语言实现的程序中优化模块和有限元模块相分离,优化算法与设计变量和约束函数相分离,使程序具有了极大的灵活性和通用性.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第一节引言

第二节优化问题的数学模型

第三节优化算法概述

1.3.1数学规划法

1.3.2优化准则法

1.3.3仿生学方法

第四节优化设计研究的历史与现状

第五节本文所做的工作

第二章最优准则法的原理与应用

第一节库恩—塔克最优性条件

第二节最优准则法的求解

第三节敏感度分析

2.3.1位移约束的敏感度

2.3.2应力约束的敏感度

2.3.3频率约束的敏感度

第四节例题分析

2.4.1十四杆珩架的优化

2.4.2十七杆珩架的优化

2.4.3四十九杆门式珩架的优化

第三章连续最优化与离散最优化

第一节离散最优化算法简介

3.1.1离散最优化的特点

3.1.2几种常用的离散最优化算法

第二节圆整法的改进与应用

第三节实例分析

3.3.1单层钢门架的离散截面优化

3.3.2两层单跨钢门架的离散截面优化

3.3.3钢筋混凝土剪力墙的优化

第四章面向对象编程与最优化

第一节面向对象方法的特点

第二节结构优化设计环境的特点与要求

第三节类层次的设计

4.3.1有限元类族

4.3.2设计变量类族

4.3.3性态函数类族

4.3.4设计模型类

4.3.5优化设计类

结语与展望

主要参考文献

致谢