遗传递增演化算法配筋优化设计

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本文借鉴遗传演化算法中遗传算法和渐进演化算法的结合方式,在遗传算法和递增演化算法的基础上,提出遗传递增演化算法,在增加周围有效材料的选择性上引入生物遗传进化理论,并以ANSYS有限元分析软件的非线性分析为平台,采用钢筋混凝土分离式模型,探讨遗传递增演化算法在钢筋混凝土复杂应力构件配筋优化设计上的应用,直观地完成在荷载作用或应力约束条件下简支深梁、简支开洞深梁、开洞剪力墙等钢筋混凝土复杂应力构件的配筋优化设计,所得钢筋拓扑结果符合受力机理,演化方向正确,布置明确,与遗传演化算法所得钢筋拓扑结果分析、比较,证实遗传递增演化算法的可行性、有效性、准确性、通用性等,并能为钢筋混凝土配筋优化设计提供指导、参考。主要内容有:(1)阅览大量文献,总结了结构优化算法和复杂应力构件设计方法,详细介绍了遗传算法和渐进演化算法,探讨了其基本原理、实现步骤和优缺点,研究了遗传演化算法中遗传算法和渐进演化算法的结合方式,为遗传递增演化算法的提出奠定了坚实的理论依据和基础。(2)在递增演化算法的基础上,引入遗传算法,把遗传进化思想应用于递增演化算法单元的增加性上,提出遗传递增演化算法,并详细介绍了遗传递增演化算法的基本原理和实现步骤,方便读者了解和使用遗传递增演化算法。(3)将提出的遗传递增演化算法,应用到钢筋混凝土复杂应力构件配筋优化设计中来,以ANSYS有限元分析为平台,采用钢筋混凝土分离式模型,考虑分析结构弹塑性和材料非线性等,对简支深梁、开孔简支深梁、开洞剪力墙等钢筋混凝土复杂应力构件,以单位钢筋材料下结构刚度最大化为结构优化目标,以应变能为灵敏度,以钢筋为优化对象,通过性能指数和收敛准则,进行遗传递增算法配筋优化设计,并与遗传演化算法结果进行分析、对比,验证了遗传递增演化算法的可行性、准确性、有效性、通用性等。(4)扩展遗传递增演化算法在钢筋混凝土复杂应力构件配筋优化设计上的应用,以ANSYS有限元分析为平台,采用钢筋混凝土分离式模型,考虑分析结构弹塑性和材料非线性等,对简支深梁、开孔简支深梁、开洞剪力墙等钢筋混凝土复杂应力构件,以应力约束条件下结构重量最轻为结构优化目标,以钢筋应力为适应度,以钢筋为优化对象,通过收敛准则,进行遗传递增演化算法配筋优化设计,提高遗传递增演化算法的通用性、易用性等。
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