基于遺傳算法的網(wǎng)殼結構形態(tài)創(chuàng)構方法研究.pdf

1、作為一種重要的建筑結構形式,網(wǎng)殼結構因其受力合理,造型優(yōu)美而在空間結構領域得到廣泛應用,但存在著結構形式單一,網(wǎng)格劃分固定的缺陷,因此,通過形態(tài)創(chuàng)構得到形式新穎,受力合理的網(wǎng)殼結構是有意義的。
　　本論文基于遺傳算法對網(wǎng)殼結構進行了形態(tài)創(chuàng)構方面的研究。介紹了遺傳算法的基本原理,建立了基于遺傳算法的網(wǎng)殼結構形態(tài)創(chuàng)構的思路:首先,根據(jù)結構平面投影建立合適的基結構,然后,對基結構進行拓撲、形狀和截面優(yōu)化,得到新穎合理的結構形式。對拓撲優(yōu)

2、化,以穩(wěn)定的三角單元為編碼,通過對三角編碼的取舍進行桿件的組合,形成不同的桿件連接方式。對形狀優(yōu)化,以結構節(jié)點為操作對象,結構中每個節(jié)點選擇z方向的一系列離散坐標值,進行節(jié)點豎向坐標的改變,從而實現(xiàn)結構的形狀優(yōu)化;對截面優(yōu)化,通過建立包含一組不同截面的截面表,結構中的每根桿件從截面表中選擇截面。對不同的變量采用不同的編碼形式,其中拓撲變量采用二進制0-1編碼,節(jié)點坐標變量和截面變量采用整數(shù)編碼。
　　本文分別以結構質量最小和結構質

3、量外力功的乘積最小為目標,以平面投影為正方形和正六邊形結構為例,通過拓撲截面優(yōu)化和拓撲截面形狀優(yōu)化進行形態(tài)創(chuàng)構,荷載情況分別為豎向集中荷載和豎向均布荷載,通過懲罰函數(shù)的形式考慮了桿件強度、桿件長細比、壓彎桿件的穩(wěn)定性、結構整體位移等約束條件。
　　在優(yōu)化過程中提出了保證拓撲結構完整性及合理分配均布荷載的方法。結構完整性指拓撲編碼生成結構時保證生成的是結構而不是機構,結構中沒有孤立的桿件群,以避免結構剛度矩陣奇異。在均布荷載作用時,

4、需要將荷載分配到適當?shù)墓?jié)點上,采用的方法是將結構平面投影劃分為許多相同的足夠小的荷載格子,以每個小格子的荷載為基本單元,將其分配到距離荷載格子形心最近的節(jié)點上。
　　同時,考慮到實際結構評價的多樣性,進行了多目標結構優(yōu)化實現(xiàn)形態(tài)創(chuàng)構的嘗試,以結構質量最小和結構外力功最小為目標,建立結構優(yōu)化設計的兩目標模型,運用改進的SPEA方法,對集中荷載和均布荷載作用下平面投影為正方形的結構進行了形態(tài)創(chuàng)構,分別得到了一系列較好的Pareto解。