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基于遗传算法的钢桁架人行桥优化设计研究
| 论文题名： | 基于遗传算法的钢桁架人行桥优化设计研究 |
| 关键词： | 钢桁架人行桥;优化设计;非支配排序遗传算法;精英策略 |
| 摘要： | 钢桁架结构由于强度高、承载能力较强以及施工方便等诸多优点，已被广泛应用于各类复杂的工程实景中。传统的优化设计方法难以满足结构优化领域出现的各类问题，智能优化算法的引入与发展为结构优化设计提供了一种高效可行的新方案。不仅改善了传统优化方法的求解精度低、收敛速度慢等问题，而且在很大程度上增加了材料的利用率，在提升结构性能的同时降低了成本，因此将智能算法运用到桁架结构的优化设计上具有重要意义。本文以遗传算法为理论基础，贴合结构优化设计的特点引入一种改进的遗传算法—带精英策略的非支配排序遗传算法，根据优化问题的参数情况采用实数编码，此种方法在处理多目标优化问题上具有独特的优势，求解效率较高，全局搜索能力较强，凭借快速非支配排序及精英策略维持了种群的多样性，在降低算法复杂度的同时能够使得算法的性能更优。 本文首先采用带精英策略的非支配排序遗传算法进行了函数算例，对比基本遗传算法来验证寻优性能。基于有限元软件SAP2000的应用程序接口（API）和MATLAB平台，搭建了并行计算循环路径，通过11杆平面桁架和72杆空间桁架两个算例的应用分析，进一步验证了此种优化设计方法在解决桁架类相关问题上的有效性和可行性。以大跨复杂结构—钢桁架人行桥为实例，建立人行桥结构的SAP2000有限元参数化模型，将结构总重量及最大竖向位移作为优化的两个目标函数，确定优化数学模型，设计编写并行计算程序。优化结果显示，整体结构重量较优化前减轻了0.43%，节约钢材116.95吨；最大竖向位移有所增加，但仍满足限值要求。最后，对优化前后的人行桥结构进行应力对比、变形对比以及动力特性分析，证实了优化的合理性，并为其他类似的复杂结构优化问题提供新的优化思路和设计方案。 |
| 作者： | 李彦锋 |
| 专业： | 土木水利 |
| 导师： | 王琦;王洪臣 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西安工业大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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