[發明專利]一種基于螢火蟲算法的窄基角鋼輸電塔結構優化設計方法

在審

• 申請號: 201710230192.9
• 申請日: 2017-04-10
• 公開（公告）號: CN107016196A
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 李聰;牛忠榮;孟增;李文杰
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06N3/00
• 代理公司: 合肥金安專利事務所34114
• 代理人: 吳娜

1.一種基于螢火蟲算法的窄基角鋼輸電塔結構優化設計方法，該方法包括下列順序的步驟：

(1)建立窄基角鋼輸電塔優化數學模型，該數學模型以輸電塔總質量最輕為目標函數，以塔身桿件的強度、剛度和穩定性為約束條件，以輸電塔的截面尺寸為設計變量；

(2)將窄基角鋼輸電塔設計方案的對應參數組負載于螢火蟲上，螢火蟲的位置與亮度由該對應參數組表示，對應參數組包括輸電塔桿件截面尺寸和輸電塔材料成本；

(3)采用螢火蟲算法對輸電塔桿件截面尺寸及輸電塔材料成本進行優化分析并計算塔身桿件的承載能力，然后通過每個螢火蟲個體的位置的更新和亮度的更新，達到在解空間中搜尋全局最優解的目的；

(4)搜尋結束后輸出螢火蟲種群的位置與亮度，將桿件截面積轉化為確定輸電塔設計方案的截面尺寸，該設計方案即為需要的總質量最輕的方案，對確定截面尺寸的桿件進行強度、剛度和穩定性校核，若強度、剛度和穩定性滿足要求，則輸出該輸電塔桿件的截面尺寸優化設計方案，若不滿足，則重新搜尋。

2.根據權利要求1所述的基于螢火蟲算法的窄基角鋼輸電塔結構優化設計方法，其特征在于：在步驟(3)中，所述優化分析的公式如下：

find d＝[A₁,A₂,…,A₁₃]

d^L≤d≤d^U

其中，d是設計變量，取所有桿件的截面積為設計變量；A₁,A₂,…,A₁₃是所有桿件的截面積；W是輸電塔的材料成本；σ_i是所有桿件進行強度、剛度和穩定性校核的計算值；是所有桿件進行強度、剛度和穩定性校核的設計值；d^L和d^U分別是d的上下界。

3.根據權利要求1所述的基于螢火蟲算法的窄基角鋼輸電塔結構優化設計方法，其特征在于：在步驟(2)中，所述螢火蟲亮度的表達式如下：熒光亮度：

I(r)＝I₀e^-γr

式中，I(r)為螢火蟲在r處的熒光亮度；I₀為螢火蟲的最大熒光亮度，即自身r＝0處的熒光亮度，與目標函數值相關，目標函數值越優自身亮度越高，即I₀由W決定，W是輸電塔的材料成本；γ為光強吸收系數，為常數；r為螢火蟲i與螢火蟲j間的歐氏距離：

式中，r_ij為螢火蟲i與螢火蟲j間的歐氏距離；x_i為螢火蟲i的位置；x_j為螢火蟲j的位置；d為空間維數；x_i,k為螢火蟲i在d維空間中的第k個分量；x_j,k為螢火蟲j在d維空間中的第k個分量。

4.根據權利要求1所述的基于螢火蟲算法的窄基角鋼輸電塔結構優化設計方法，其特征在于：在步驟(3)中，所述螢火蟲位置的更新的公式如下：

x_i(t+1)＝x_i(t)+β[x_j(t)-x_i(t)]+αε_i

式中，x_i(t)為螢火蟲i第t次移動后的位置；x_i(t+1)為螢火蟲i第t+1次移動后的位置；α為步長因子，是[0,1]上的常數；ε_i為[0,1]上服從高斯分布的隨機因子；r＝x_j(t)-x_i(t)，m≥1，β₀為最大吸引度，即光源r＝0處的吸引度，γ為光強吸收系數，m通常取值為2。