基于改进遗传算法的门式刚架截面优化研究

发布时间：2020-03-30 17:36

【摘要】：门式刚架结构在工业类的建筑中应用非常广泛,其设计一般先由设计人员根据设计经验,初步选定构件截面类型和截面尺寸,然后进行承载力、稳定性和变形验算,验算通过后即完成设计,一般并不进行方案比选和优化。由于设计人员的设计水平和设计经验的差距,同一工程项目不同人员进行设计时,其结构用钢量可能产生巨大差异。因此对门式刚架截面优化进行研究,寻找一种更加智能化的设计方法,为门式刚架截面优化提供设计工具,对降低工程造价,节约资源,减少设计人员的工作量,有着十分重要的意义,本文主要研究内容及结论如下:(1)基于有限元法,求解构件单元的刚度矩阵与等效结点荷载矩阵,采用单元集成法得出门式刚架整体刚度与等效结点荷载矩阵,建立了门式刚架的力学分析模型;(2)以各构件承载力、稳定性和变形等设计限值为约束条件,以钢材截面类型与截面尺寸参数为设计变量,以门式刚架各构件的总用钢量为目标函数,建立了门式刚架截面优化模型;(3)对遗传算法的种群编码方式及遗传算子进行改进,采用MATLAB软件编写改进的遗传算法主程序,同时编写基于小生境技术的子程序,和有限元法门式刚架力学分析计算子程序,并将其嵌套至主程序中,形成了基于改进遗传算法的门式刚架截面自动搜索优化程序,可以实现构件截面类型与截面尺寸的协同搜索;(4)采用PKPM软件,对本文基于改进遗传算法的门式刚架截面优化结果进行实例验证,优化结果满足各项约束限值条件的要求;同时将本文程序优化结果与PKPM软件中STP-PK截面优化结果进行对比分析,本文优化方法节省用钢量4.98%,优化效果更好;(5)进一步采用MATLAB中GUI工具箱,完成门式刚架截面优化的软件设计,为门式刚架截面的优化设计提供设计工具。
【图文】：

第二章 门式刚架力学分析模型维平面梁单元。对于刚架平面外的受力及分析涉及到平面外连接构件及的作用，本文不做进一步研究。对于结构的任意单元，如下图 2.1 所示，该单元两个结点编号为 i 和 j，元上的荷载与该单元处于同一平面内，，使得该单元处于轴向变形与弯曲态，两个节点上的轴力、剪力与弯矩表示为NiF 、QiF 、iM 和NjF 、QjF 、节点的位移分别表示为iu 、iv 、i 和ju 、jv 、j 。其中i 和j 分别表点的转角，为了方便计算，对图中的位移与力的方向均取正方向。

34图 4.3 部分程序依存关系报告根据 MATLAB 程序编写的一般步骤，首先编写一个基于小生镜技术改进遗传算法的门式刚架截面优化的主程序（文件格式名为 Main.m），将有限元法内力分析程序、约束条件程序以及目标函数程序作为遗传算法子程序，采用 function
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU318

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本文编号：2607840