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基于梯度优化方法的钢结构标准截面选型优化设计
  • ISSN号:1000-4750
  • 期刊名称:工程力学
  • 时间:0
  • 页码:-
  • 分类:TU391[建筑科学—结构工程]
  • 作者机构:[1]大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室/工程力学系,大连116024
  • 相关基金:国家重点基础研究(973)计划项目(2011CB610304);国家自然科学基金项目(10902019,11172052);中央高校基本科研业务费专项资金项目(DUT11LK07)
  • 相关项目:多构件结构布局与构件拓扑协同优化设计
中文摘要:

实际的工程应用中,钢框架的基本构件大多是根据钢结构设计规范要求,从标准型钢库中选取,所组成的框架结构的截面尺寸非连续变化。因此,钢结构截面优化设计是典型的离散设计变量优化问题。若采用基于启发式的算法(如遗传算法等)进行求解,当可选截面类型较多时,其计算量巨大,求解效率低下。该文通过引入高维拉格朗日插值函数对该离散设计问题进行连续化,建立了可采用梯度优化方法进行求解的钢结构标准截面选型设计模型,并且使得连续化以后的设计变量个数大幅度减少。对给定截面类型种数为2^n个的可选截面集合,其设计变量只需n个即可。具体算例表明:与基于遗传算法的优化方法相比,该方法的计算效率提高1~2个数量级,并且在结构性能基本相当的情况下,得到的型钢种类更少,便于工程应用。

英文摘要:

In practical engineering applications, components of a steel frame are selected from a standard steel library according to the design code for steel structures. The cross-section sizes of components in a frame are non-continuous, thusly the optimized selection of standard cross-section types is a typical discrete optimization problem. When the number of cross-section types is large, using heuristic-based algorithms (such as genetic algorithm, etc) results in inefficiency of resolving this problem. In this paper, the high-dimensional Lagrange interpolation functions are introduced to make the discrete design problem be continuous. The model of cross-section selection optimization is formulated, and it can be solved by gradient-based method. In this model, design variables are reduced obviously, and only n variables are needed to describe 2^n types of cross-sections. Compared with genetic algorithm, the numerical examples show that the calculation efficiency can be improved 1-2 orders of magnitude by the method proposed, and less cross-section types can be obtained under the condition of roughly equal performance with genetic algorithm, which satisfies the engineering applications well.

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期刊信息
  • 《工程力学》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国力学学会
  • 主编:袁驷
  • 地址:北京清华大学新水利馆114号
  • 邮编:100084
  • 邮箱:gclxbjb@tsinghuae.du.cn
  • 电话:010-62788648
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-4750
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2595/O3
  • 邮发代号:82-862
  • 获奖情况:
  • 1999年获在物理、力学类刊物中影响因子位居第二(0...
  • 国内外数据库收录:
  • 荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:32789