基于APDL的三次样条线型拱坝体形优化设计研究

摘要

拱坝是一种重要的坝型，以结构合理和体形优美而著称，近年来，拱坝越来越受到大坝设计者们的重视，其应用也越来越广泛。本文基于ANSYS参数化设计语言APDL对三次样条线型拱坝的体形优化设计进行了研究，主要内容如下： 1．简要介绍了拱坝建设发展概况，从拱坝几何模型、优化设计模型及优化方法三个方面概述了拱坝体形优化设计的研究进展。 2．介绍了三次样条插值函数的基本理论和方法，给出了三次样条线型拱坝体形的构造方法，并建立了三次样条线型拱坝体形优化设计数学模型。 3．论述了拱坝结构有限元分析基本理论和有限元等效应力讨’算方法，提出了基于APDL的拱坝建模与结构分析方法，最后对白鹤滩拱坝进行了结构分析，得出比较合理的结果。 4．论述了遗传算法的基本理论与方法，提出了一种加速微种群遗传算法，并给出了相应的计算步骤和优化算例。 5．对白鹤滩拱坝进行了单目标及多目标的体形优化设计研究，提出了拱坝体形多目标优化的博弈方法，编制了相应的优化程序。 6．最后，本文对有待于进一步研究的问题进行了讨论。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1拱坝建设发展概况

1.2拱坝体形优化设计的进展

1.2.1拱坝体形的几何模型

1.2.2拱坝体形优化设计模型

1.2.3拱坝体形优化的求解方法

1.3本文的主要工作

第二章三次样条线型拱坝及其优化模型

2.1三次样条插值函数的基本理论

2.1.1样条插值函数的概念

2.1.2三次样条插值函数的定义

2.1.3三次样条插值函数的求解方法

2.1.4三次样条插值函数的保凸性

2.2三次样条线型拱坝的构造

2.2.1拱冠梁断面的几何描述

2.2.2三次样条线型拱圈的几何描述

2.3.1设计变量

2.3.2目标函数

2.3.3约束条件

2.3.4数学模型及求解

2.4本章小结

第三章基于APDL的拱坝结构有限元分析

3.1拱坝结构有限元分析基本理论

3.1.1有限元分析基本方程

3.1.2有限元数学力学分析

3.1.3有限元等效应力分析

3.2 ANSYS有限元分析软件与APDL语言简介

3.2.1 ANSYS的产生与发展

3.2.2 ANSYS的基本组成

3.2.3 ANSYS的功能简介

3.2.4 APDL参数化语言概述

3.3基于APDL语言的拱坝建模与结构分析

3.3.1基于APDL的拱坝建模与分析方法

3.3.2白鹤滩拱坝结构分析

3.4本章小结

第四章结构优化中的加速微种群遗传算法

4.1遗传算法的基本理论与方法

4.1.1遗传算法的产生与发展

4.1.2遗传算法在工程结构优化中的应用

4.1.3遗传算法的基本理论及实现技术

4.1.4遗传算法中约束条件的处理

4.2加速微种群遗传算法

4.2.1微种群遗传算法

4.2.2加速微种群遗传算法

4.3数值算例

4.3.1函数优化

4.3.2十杆桁架优化

4.4本章小结

第五章白鹤滩拱坝体形优化设计研究

5.1工程概况与基本资料

5.1.1白鹤滩水电站工程概况

5.1.2基本计算资料

5.2以体积为目标的体形优化设计

5.2.1优化模型

5.2.2优化结果与分析

5.3以应力为目标的体形优化设计

5.3.1以最大主拉应力为目标的体形优化设计

5.3.2以最小主压应力为目标的体形优化设计

5.4多目标体形优化设计

5.4.1优化模型及求解方法

5.4.2优化结果与分析

5.5本章小结

第六章总结与展望

6.1全文总结

6.2研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢