[發明專利]一種懸索橋整體結構分析的參數化優化方法

在審

• 申請號: 201810960261.6
• 申請日: 2018-08-22
• 公開（公告）號: CN108875286A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 檀永剛;吳佳琪;張哲;黃才良;邱文亮;譚彥斌;耿鐵鎖
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

1.一種懸索橋整體結構分析的優化方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：確定懸索橋主要構件尺寸參數，選擇設計變量；

根據設計要求，確定懸索橋的主要構件尺寸和荷載，包括主跨跨徑l、吊桿間距a、橋面系重度q₁和二期恒載q₂，并選擇優化過程的設計變量；依據主要構件尺寸和荷載的初值，計算邊跨跨徑l₁、矢高f、塔高h、主纜截面面積A_d、吊桿截面面積A_h和索塔截面面積A_t的初始結果；

S2：建立懸索橋的參數化有限元模型，進行靜力分析；

基于ANSYS有限元計算平臺，利用APDL命令流語言對懸索橋進行參數化建模，將步驟S1中各個參數l、a、q₁、q₂、l₁、f、h、A_d、A_h和A_t賦予初值，然后再選擇單元類型、賦予材料屬性、建立節點和單元、明確邊界條件，最后進行靜力分析，賦予材料屬性包括彈性模量E和容許應力[σ]；靜力分析之后，在恒載狀態下調整索力，計算懸索橋的成橋狀態，進行不同的荷載組合，輸出內力、反力、應力結果；

S3：判斷懸索橋的受力和變形是否符合規范，若不符合計算應力調整系數，更新構件尺寸，反之，轉S4；

應力調整系數μ＝σ_i/[σ]，其中σ_i為步驟S2中靜力分析得到的應力，[σ]為材料的容許應力，依據應力調整系數，按μ的倍數更新設計變量；

S4：判斷應力或變形是否小于規范的40％，若不符合更新構件尺寸，反之，進入精確優化；

S5：計算錨碇、索夾、吊桿和主纜；

建立優化目標函數，選擇改進的遺傳算法進行求解；一般結構優化設計問題表示為如下的非線性數學規劃模型：

其中，f(X)是目標函數，本優化中以結構的加權重量為設計目標，根據不同構件的單價進行加權即f(X)＝P_i·W_i；g_j(X)為約束函數，本優化中是應力、位移等結構性狀態函數，m為約束函數g_j(X)的個數；X＝(x₁,x₂,…，x_n)為設計變量，X^L、X^U分別為設計變量的下限和上限值，n是設計變量的個數，本優化中選擇邊跨跨徑l₁和矢高f作為設計變量；計算Δf、Δl₁對目標函數的影響因子，即邊跨跨徑、矢高的單位變化量對目標函數的影響程度，通過影響因子確定改進方向，再結合改進的遺傳算法進行優化分析；

S6：建立優化目標函數，選擇改進的遺傳算法進行求解；

S7：若優化過程不收斂，重新進行初步優化，調整構件尺寸；

S8：輸出優化結果。