Geiger型索穹顶结构预应力与截面协同优化方法对比分析

摘要

索穹顶结构相异于传统结构，其受力性能的特殊性使其有较好的传力效率，而索穹顶结构设计主要是针对结构的整体预应力、各杆件截面积、结构形状进行优化。利用多学科优化软件Isight与有限元软件ANSYS联合优化求解，以Isight为主控程序调用ANSYS进行非线性有限元分析，对索穹顶进行优化。
　　以平衡矩阵理论为基础，结合整体可行预应力的概念，利用Matlab软件编程，得到Geiger索穹顶结构的自应力模态，进而求得其整体可行预应力，并利用ANSYS分析计算，验证程序的准确性。
　　运用H-J直接搜索法和ASA自适应模拟退火法，对Geiger索穹顶进行最低预应力水平和最小结构质量的单目标优化，运用NSGA-Ⅱ、改进的分层优化方法对索穹顶结构以最小预应力水平和最小结构重量为目标进行多目标优化，对比分析单目标优化与多目标优化的结果，以及双目标优化中，不同优化方法的结果，阐明不同优化方法的适用范围。
　　论述非归一化多目标优化的原理，并且介绍了AMGA法、NCGA法、NSGA-Ⅱ、MOPSO法等四种多目标优化算法的原理和优化流程，以最低结构自重及最大结构刚度为目标进行双目标优化，对比分析四种方法的优化过程以及优化结果，得出不同评判标准下各方法之间的优劣，为多目标优化方法的选取提供依据。
　　考虑三种不同静力荷载工况，对Geiger索穹顶结构，以最小预应力水平和最小结构重量为目标进行多目标优化，获得考虑最不利工况的索穹顶结构最优设计结果。
　　利用DOE试验设计方法，运用拉丁超立方设计，对各Geiger索穹顶各设计变量进行敏感度分析，获得各设计变量的改变对索穹顶各状态变量产生的作用。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 索穹顶结构概述

1．2．1 索穹顶结构的概念

1．2．2 索穹顶结构的分类

1．2．3 工程实例

1．3 平衡矩阵理论

1．4 结构工程优化概述

1．4．1 结构优化设计概述

1．4．2 结构优化设计的数学模型

1．4．3 本文使用的优化算法

1．4．4 索穹顶结构优化研究进展

1．5 Isihgt软件概述

1．6 本文主要研究内容

第2章 最低预应力水平及最轻结构自重双目标优化

2．1 初始预应力计算

2．2 单目标优化

2．2．1 目标函数的选取

2．2．2 约束条件的选取

2．2．3 优化方法

2．2．4 计算结果

2．3 多目标优化

2．3．1 现行优化方法

2．3．2 改进型分层优化法

2．3．3 优化结果

2．4 单目标优化与多目标优化结果对比

2．5 本章小结

第3章 最轻结构自重及最大结构刚度双目标优化

3．1 解的占优概念

3．2 优化方法原理

3．2．3 第二代非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ法)

3．2．4 多目标粒子群法(MOPSO法)

3．3 优化模型

3．4 优化结果

3．4．1 各优化方法的下脊索(A1)变化图

3．4．2 各优化方法的Pareto求解过程图

3．4．3 各优化方法的Pareto解

3．5 本章小结

第4章 不同荷载工况下的双目标优化

4．1 优化模型

4．2 荷载工况

4．3 静力分析

4．4 结构优化

4．5 本章小结

第5章 设计变量敏感性分析

5．1 引言

5．2 试验设计方法

5．2．1 基本概念

5．2．2 算法介绍

5．2．3 结果分析

5．3 算例

5．3．1 工程概况

5．3．2 计算结果

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历

硕士期间科研成果