基于复形模拟退火算法的网架结构优化研究

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网架结构是各种空间结构中发展最快、应用最广的一种结构形式。对网架结构进行优化设计,可以在保证结构安全的条件下,最大限度的减轻结构的重量,降低投资,具有良好的社会经济效益。复形法是一种直接、快速地搜索最优解的方法,但对于目标函数具有多个局部最优解时,不一定能得到目标函数的全局最优解,而只是一个局部最优解;模拟退火算法采用的是随机搜索方法,它能跳出局部最优解的陷阱,最终得到全局最优解,但同时在搜索过程中作了很多无用功,浪费时间,效率较低。因此,本文将复形法和模拟退火算法有机结合,充分发挥两者的优点,从而改善算法的收敛速度和解的质量,构成一种新型的算法——复形-模拟退火算法。大量的数值仿真及结果比较验证了本文算法优化性能的稳定性和优越性。根据网架结构的优化目标和自身特点,建立了网架结构优化的数学模型。采用MATLAB语言编制基于复形-模拟退火算法的网架结构优化主体程序。网架杆件内力的计算采用空间桁架位移法,由FORTRAN程序在MATLAB中执行,通过设置MATLAB语言与FORTRAN应用程序的接口来实现。最后,通过对三个标准网架结构算例、一个工程实例的优化仿真和结果比较,验证了将本文方法应用于网架结构优化中的可行性和有效性。优化结果表明优化值可作为工程实际的建议值,为实际工程设计提供理论依据和取值参考。
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