粒子群算法及其在结构优化设计中的应用.pdf

山东建筑大学
硕士学位论文
粒子群算法及其在结构优化设计中的应用
姓名:张统华
申请学位级别:硕士
专业:工程力学
指导教师:鹿晓阳
20070501
摘要优化理论及方法的研究始于上世纪三、四十年代,由于计算机技术和数学规划理论的发展,使它得到了蓬勃的发展,产生了传统的基于迭代原理的各种数值方法。但随着研究的深入,实践中不断出现新的问题,使得人们对优化理论及方法的研究仍然成为迫结构优化设计是利用最优化技术,寻找在满足设计约束条件下的最优解。优化方法是结构优化设计的基本方法,常见的结构优化方法分为非直接法和直接法。结构优化设计包括三个阶段:建立数学模型,把一个工程结构的设计问题转换成一个数学问题;选择一个合理、有效的计算方法;编制计算机程序进行计算。粒子群优化算法,是美国学者于年提出的一种基于群体智能的启发式算法。它收敛速度快、计算简单、通用性强,能方便地用于求解带离散变量的非线性、不连续、多约束、多变量的复杂优化问题中。现代土建结构中存在大量的此类优化问题,用常规方法通常难以求解。在过去十几年间,一些全局优化技术如遗传算法、模拟退火法等已被成功应用于土建结构优化问题中。本文在惴ɑ∩希訮算法处理优化问题的能力及基于算法求解土建结构优化设计问题进行深入研究,主要体现在以下几个方面:晗附樯芰薖算法的发展和基本原理,并给出了算法的流程。通过对算法公式和参数设置进行综合分析以及和其它优化算法进行比较,给出了惴ㄊ导适褂檬岢隽艘恢指慕腜算法琈,即在基本惴ǖ基础上加入了第三种极值指导粒子的搜索方向,并引入了“飞回”策略,用求解一些常用的标准测试函数,结果表明,该方法能在较短的时间内获得更高质量的解,提高了算法的搜索能力。教掷肷算法的基本原理,运用回归数值计算的惴ǎ⒘讼嘤的数学模型并求解了一个离散变量的典型问题—’侍狻攵栽际呕侍猓疚脑谝肓税肟尚杏虻母拍畹幕∩希岢隽司赫≡的新规则,并改进了基于竞争选择和惩罚函数的进化算法的适应度函数。并且规定了半切的需要。的指导原则。可行解性质:半可行解优于不可行解,但劣于可行解。在半可行域内个体可直接用目标山东建筑大学硕士学位论文
玃算法结合有限元分析原理,运用镅员嘀屏私峁褂呕绦颍别对离散变量的梁、桁架结构、框架结构进行了优化设计,算例表明惴ㄓ糜诮峁优化设计是可行和有效的,优化结果好于遗传算法。函数来评价。结合惴ū旧淼奶氐悖疚纳杓屏搜≡袼阕佣园肟尚杏蚪胁僮鳎而提出了利用惴ㄇ蠼庠际呕侍獾男碌慕惴ā关键词:粒子群优化算法,进化计算,离散变量,约束处理,结构优化设计山东建筑大学硕士学位论文
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学位论文作者签名:;量楸日期型9ぃ核日期型唬何日期丝荷希和原创性声明学位论文使用授权声明适●::。本人郑重声明:所提交的学位论炙是本人在导师的指导下,独立进行研究取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,论文中不舍其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得山东建筑大学或其他教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。、使用学位论文的规定,即:山东建筑大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权山东建筑大学可以将学位论丈的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或其它手段保存,汇编学位论文。保密论文在解密后遵守此声明。学位论文作者签名:导签师名:
第滦髀优化理论和方法的起源可以追朔到微积分诞生的年代。然而,直兰腿⑺十年代,由于军事、航天等方面的迫切需要,才使它得到了蓬勃的发展【。所谓优化设计,就是使设计问题在各种限制条件缂际酢⒕谩⒐ひ蘸褪褂锰跫下,用数学计算的方法,通过计算机的数值迭代计算来寻找最佳的设计参数值,使其某项或某几项设计指标在某种程度上达到无可争议的最优化程度。结构优化设计是优化理论和方法在结构设计领域中的应用,主要指数值结构优化设计或计算结构优化设计。它是以计算结构力学、数值分析与数学规划理论为基础,以具有大存储量和高速处理能力的计算机为工具,系统地、自动地进行结构设计,寻求满足各种性态约束缥灰啤⒂αΑ⒍μ匦缘仍际的最佳结构。具体地说,结构优化设计就是寻求满足各种约束条件下的最佳构件尺寸、结构形式以及材料配置方式。换句话说,在原材料有限的情况下,最优设计意味着满足一定的性能要求,并且使得结构的重量最轻或材料成本最低。因此,结构优化是一个重要的研究领域,结构优化方法是一个重要的设计手段。目前,传统结构优化设计方法主要有准则法和规划法两类。总体来说,准则