单层悬索结构初始形态优化研究
本文选题:轮辐式 + 悬索结构 ; 参考:《东南大学》2015年硕士论文
【摘要】:本文对鞍形轮辐式单层悬索结构的初始形态进行了优化研究。在悬索结构中,拉索必须保持受拉;结构本身不具各几何刚度。需要找到特定的预应力分布才能维持几何位形:且具有多设计参数、目标函数无法形成显式函数的特点。经过广泛对比,本文选取遗传算法作为主要研究方法。本文对介绍了自适应全局优化概率搜索算法——遗传算法,对遗传算法的基本组成部分进行了详细阐述;针对悬索结构的特点,本文设计了采用改进并行策略和最佳保留策略的遗传算法。为了更高效地使用遗传算法实现结构优化,本文使用(?) 1ATLAB调用ANSYS进行遗传操作,解决了两种软件信息交换的关键问题,编制了相应程序,并采用十杆平面桁架算例验证了计算流程的可行性。本文建立了采用改进的遗传算法对轮幅式单层索网进行初始形态优化研究的流程,并选择了合适的遗传操作算子。本文建立了索网的简化模型,确定了以最小投资为优化目标,以结构形态、拉索截面和索网初始预应力为优化变量,并对优化变量进行了合理简化,提高优化效率。本文对轮幅式单层索网的初始形态特性进行了研究,根据“共节点的三根索共面”这一原则,设计了此种索网的几何初始位形创建方法,减少了变量数目。另外,本文采用迭代法确定索网初始预应力比例,并编制了相关程序。根据轮辐式单层索网优化流程,本文对多个悬索结构算例进行了优化研究,验证了采用遗传算法对轮幅式单层索网初始形态进行优化的可行性。本文对苏州工业园体育场索网的计算模型和荷载工况进行了合理简化,采用改进的遗传算法对苏州工业园体育场索网进行初始形态优化,并对轮辐式单层索网的特点进行了总结。另外,本文对支座标高流畅变化的模型进行优化,并与原优化结果进行对比,得出索网高差和索网的初始预应力水平对索网用钢量影响较大;支座节点坐标对索网用钢量影响较小的结论。本文指出可以根据建筑美观性确定支座的位置,再将初始预张力基值HC以及预张力调整系数μ作为优化变量,寻找合理的初始预应力水平。
[Abstract]:In this paper, the initial shape of saddle-spoke single-layer suspension structure is studied. In suspension structures, cables must be kept in tension; the structure itself does not have any geometric stiffness. It is necessary to find a specific distribution of prestress to maintain the geometric configuration. Moreover, the objective function can not form an explicit function because it has many design parameters. After extensive comparison, this paper selects genetic algorithm as the main research method. In this paper, the adaptive global optimization probabilistic search algorithm, genetic algorithm, is introduced, and the basic components of genetic algorithm are described in detail. In this paper, a genetic algorithm based on improved parallel strategy and optimal retention strategy is designed. In order to use genetic algorithm to realize structure optimization more efficiently, this paper uses (?) 1MATLAB to call ANSYS for genetic operation, solves the key problem of two kinds of software information exchange, and compiles the corresponding program. A ten-bar plane truss example is used to verify the feasibility of the calculation process. In this paper, an improved genetic algorithm (GA) is used to study the initial shape optimization of a single-layer cable network with wheel amplitude, and a suitable genetic operator is selected. In this paper, the simplified model of cable network is established, and the optimization objective is the minimum investment, and the structural shape, cable section and initial prestress of cable net are taken as the optimization variables, and the optimization variables are reasonably simplified to improve the optimization efficiency. In this paper, the initial morphological characteristics of single-layer cable-net with wheel width are studied. According to the principle of "three cable coplanar of common node", the geometric initial configuration of this cable-net is designed, and the number of variables is reduced. In addition, the initial prestress ratio of cable net is determined by iterative method, and the relevant program is worked out. According to the optimization flow of spoke single layer cable network, this paper studies the optimization of several suspension cable structure examples, and verifies the feasibility of genetic algorithm to optimize the initial shape of wheel amplitude single layer cable net. In this paper, the calculation model and load condition of cable network of Suzhou Industrial Park Stadium are reasonably simplified, and the initial shape of cable network of Suzhou Industrial Park Stadium is optimized by improved genetic algorithm. The characteristics of spoke single layer cable net are summarized. In addition, this paper optimizes the model of the smooth change of bearing height, and compares with the original optimization results, and draws the conclusion that the difference of cable network height and the initial prestress level of cable net have great influence on the amount of steel used in cable network. The conclusion that the coordinate of support node has little influence on the amount of steel used in cable network. In this paper, it is pointed out that the position of the bearing can be determined according to the aesthetics of the building, and the initial pretension base value HC and the pretension adjustment coefficient 渭 can be taken as the optimization variables to find the reasonable initial prestress level.
【学位授予单位】:东南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TU399
【参考文献】
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,本文编号:2078551
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