[發明專利]一種確定桁架結構參數的方法

有效

• 申請號: 201210380544.6
• 申請日: 2012-09-29
• 公開（公告）號: CN102867101A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 邱志平;李琦;王曉軍;陳賢佳
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06N3/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉;賈玉忠

1.一種確定桁架結構參數的方法，其特征在于實現步驟如下：

（1）以桁架的截面尺寸、節點坐標為設計變量，以桁架的質量最小或者某個節點位移最小為設計目標f(x)，以各個桿件的許用應力和各個節點的許用位移為約束條件g_j(x),j＝1,2...p，j為約束編號，p代表約束的個數，建立桁架設計的優化列式；所述節點是指桁架中兩個桿的交點；

接著在所述設計變量的上下界圍成的變量空間內生成N個粒子，每個粒子中包含粒子的位置x_i和速度v_i兩個狀態向量，i代表粒子的編號；粒子的位置x_i＝(x_i，1，x_i，2，…,x_i，D)是一個設計變量組成的向量，粒子的位置均為潛在最優設計，即每個粒子的位置都為一個設計方案；每個粒子速度向量v_i＝(v_i，1，v_i，2，…,v_i,D)表示下次更新時位置變化的大小，D為設計變量的個數；部分粒子位置于變量空間主對角線上均勻生成，其它粒子的位置在變量空間內隨機生成，所有粒子初始的速度v_i(0)都隨機生成；

最后以所述設計目標和約束條件，對于以上產生的N個粒子的原始設計方案x′_i(0)，分別采用數學規劃設計方法進行不超過n₀次的優化設計，并將得到設計方案x_i(0)作為粒子群的初始設計方案；

（2）采用有限元法或者位移法對桁架進行力學分析，求出各個桿件對應的應力以及各個節點的位移；按照以上力學分析結果，計算桁架的設計目標總重量以及約束條件的函數值；然后計算各個粒子目標函數值L(xi)=f(xi)+(1+α|f(xi)|)(Σj=1p|max(0,gj(xi))|),]]>（f(·)為設計目標，g(·)為不等式約束，α為懲罰因子；從小到大進行排序，選出目標函數值最小的兩個粒子，記錄這兩個粒子目標函數值與位置作為全局最優設計方案gbest₁(0)=(gbest_l，1(0),gbest_1,2(0)，...gbest_1，D(0))以及全局次優設計方案gbest₂(0)＝(gbest_2，1(0),gbest_2，2(0)，..gbest_2，D(0))，記錄此時N個粒子位置為個體最優設計方案pbest_i(0)＝(pbest_i，1,pbest_i，2，pbest_i，D)；

（3）在進化過程中選取gbest_1,d(k)和gbest_2,d(k)的中值作為名義最優設計方案，再利當前粒子的位置x_i(k)與速度v_i(k)，采用粒子群設計方法對N個粒子的位置與速度進行進化得到粒子的新位置x′_i(k+1)與速度v_i(k+1)；最后根據進化后的粒子在標準空間內的距離Bi,d(k+1)=abs(xi,d′(k+1)-[(gbest1,d(k)+gbest2,d(k))/2+pbesti,d(k)]/2(gbest1,d(k)+gbest2,d(k))/2-pbesti,d(k)),]]>d代表任意一維，k為已經完成的迭代次數；對粒子進行分類，根據粒子的不同類型以x′_i(k+1)為初始值，執行不同最大迭代次數的數學規劃設計，通過數學規劃設計方法得到N個粒子的新的位置，即N個新的桁架的設計方案x_i(k+1)；

（4）首先采用有限元法或者位移法對N個粒子的新的位置所代表的桁架設計方案進行力學分析，求出各個桿件對應的應力以及各個節點的位移，計算桁架的設計目標；接著計算由步驟（3）最終得到N個粒子新的目標函數值L(x_i)，此目標函數值與步驟（2）相同；比較N個粒子的新目標函數值與記錄的個體最優設計方案的目標函數值，如果第i個粒子新的目標函數值優于第i個粒子個體最優設計方案的目標函數值，則將第i個粒子此時的位置記錄為新的個體最優設計方案pbest_i(k+1)；最后將N個粒子按照目標函數值從小到大進行排序，選出頭兩個最小值；比較目標函數值與全局最優設計方案以及全局次優設計方案的目標函數值的關系，如果更小就進行替換，將目標值更小的粒子的位置作為新的全局最優設計方案gbest₁(k+1)或次全局最優設計方案gbest₂(k+1)；

（5）如果全局最優設計方案與全局次優設計方案的目標函數值相當接近時，終止計算，進行步驟（6），否則將已經完成迭代次數的值增加一，返回步驟（3）；

（6）將得到的全局最優設計方案中的變量參數作為最終的桁架結構截面尺寸和節點坐標的設計方案。