基于MATLAB与ANSYS混合编程的混凝土框架结构优化设计

摘要

钢筋混凝土框架结构应用广泛，是我国最丰要的建筑结构形式之一。传统的结构设计注重可靠性的同时往往忽略了结构的经济性，针对这一问题，本文基于MATLAB与ANSYS混合编程的厅法编制了平面钢筋混凝土框架结构的优化设计程序，充分发挥二者的优势，将有限元法与遗传算法相结合，应用于框架结构优化设计中，在构件层面对钢筋混凝土框架结构的优化设计进行了定量研究。主要有以下内容:
　　(1)以现行的结构设计规范中相关规定作为约束条件，以造价为优化目标函数，以钢筋混凝土框架结构构件的截面尺寸及各配筋面积为设计变量，建立优化数学模型，编制优化程序。
　　(2)利用ANSYS参数化设计语言APDL编写并形成框架结构的内力分析的批处理文件，使得整个有限元分析过程能够在后台运行，后续的MATLAB优化主程序以子程序调用的方式来执行内力分析的批处理文件，实现了MATLAB对ANSYS的调用。
　　(3)优化主程序采用智能的遗传算法，基于MATLAB软件平台，以MATLAB优化工具箱中的遗传算法(GA)函数为优化计算核心，实现优化功能，并通过生成的路径选择器将优化结果保存。
　　(4)以某四层三跨钢筋混凝土框架结构为例，采用本文程序对其优化分析，并生成优化结果报告，结果表明本程序的优化效果良好，从而证明了程序的可行性。
　　本文的研究可以为钢筋混凝土框架结构的优化设计提供一定的理论参考和实践意义。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 结构优化设计的发展概况

1．3 结构优化设计理论

1．3．1 结构优化基本概念

1．3．2 结构优化设计的分类

1．3．3 结构优化设计的数学模型

1．3．4 结构优化方法

1．4 本文主要研究内容

2 钢筋混凝土框架结构优化设计的研究

2．1 钢筋混凝土框架结构的优化方法及流程

2．1．1 分部优化法

2．1．2 优化流程

2．2 遗传算法概述

2．2．1 遗传算法的理论基础

2．2．2 遗传算法基本过程

2．3 钢筋混凝土框架结构优化设计的数学模型

2．3．1 钢筋混凝土框架梁的数学模型

2．3．2 钢筋混凝土框架柱的数学模型

2．3．3 优化收敛验证方法

2．3．4 整体校核

2．4 本章小结

3 基于Matlab和ANSYS的优化程序设计

3．1 基于Matlab的遗传算法

3．1．1 Matlab语言概述

3．1．2 MATLAB遗传算法工具箱

3．2 基于ANSYS参数化设计语言APDL的有限元分析技术

3．2．1 有限元法

3．2．2 ANSYS批处理模式及APDL语言

3．3 程序实现过程

3．3．1 编程思想

3．3．2 程序模块构成及功能设计

3．3．3 功能界面设计

3．4 优化设计程序实现的关键技术

3．4．1 MATLAB调用外部程序

3．4．2 基于ANSYS软件APDL语言的内力提取技术

3．5 算例分析

3．6 本章小结

4 程序应用实例

4．1 工程概况

4．2 程序功能操作及结果分析

4．2．1 数据设定

4．2．2 结构的有限元分析

4．2．3 结构的优化计算及结果分析

4．3 本章小结

5 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 展望

参考文献

作者简历

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