[發明專利]基于粒子群算法的順水流向變高程廊道的人字門閘首結構優化設計方法

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• 申請號: 201811202567.1
• 申請日: 2018-10-16
• 公開（公告）號: CN109460582A
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 白嘉偉;蘇超;董義佳;楊旸
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06N3/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林;張歡歡

本發明公開了一種基于粒子群算法的順水流向變高程廊道的人字門閘首結構優化設計方法，包括以下過程：S1，確定順水流向變高程廊道的人字門閘首結構的基本實體構成，獲取各基本實體的參數；S2，根據各基本實體的參數確定閘首結構的三維模型，對閘首結構進行有限元網格劃分，以便后續進行有限元分析；S3，確定優化設計變量，利用粒子群優化算法求解得到不同優化設計變量的值，根據獲得的優化設計變量的值基于有限元分析計算混凝土體積，以達到混凝土體積最小為目標函數以及滿足約束條件，確定最優的優化設計變量值。本發明通過粒子群優化算法快速求得最優解，計算效率高。

技術領域

本發明涉及船閘設計技術領域，具體涉及一種基于粒子群算法的順水流向變高程廊道的人字門閘首結構優化設計方法。

背景技術

內河水運具有運量大，成本低，基建投資少，綜合效益大，對環境污染少等優越性。船閘是主要的通航建筑物，而且船閘規模和過水能力的大小、船閘布置和各類結構的優劣均將對全航道起控制作用。如果船閘規模和各類構筑物的設計不當，則很難補救，除非再建第二線或第三線船閘，造成很大的資源浪費。

結構優化是近四十年來發展起來的一門設計技術，在結構設計中采用優化方法，可以提高設計質量加快設計速度。優化設計是尋求最好或者最合理的設計方案，而優化方法便是達到這一目的的手段。雖然對大多數現實問題而言，由于耗費資源過于巨大，最好的設計卻不一定能實現，而有時還要考慮計算效率的問題，因而在船閘設計中應做好結構優化計算，減少投資成本，為國家創造更豐厚的經濟效益。

一般來說，由于船閘閘首結構復雜，目前傳統的設計方法是先根據工程經驗擬定結構尺寸，然后進行三維有限元整體應力位移計算，驗證結構的合理性。傳統的優化過程一般是通過工程經驗擬定4～5組結構尺寸合理的方案，然后經過方案對比選出較優的設計方案。由于受不同設計者經驗的限制，確定的最終方案往往不是理想的最優方案，而只是可行方案，而且設計周期長，工作效率低。因而急需一種計算效率高并且準確的的優化設計方法。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供了一種基于粒子群算法的順水流向變高程廊道的人字門閘首結構優化設計方法，計算效率高。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種基于粒子群算法的順水流向變高程廊道的人字門閘首結構優化設計方法，包括以下過程：

S1，確定順水流向變高程廊道的人字門閘首結構的基本實體構成，獲取各基本實體的參數；

S2，根據各基本實體的參數確定閘首結構的三維模型，對閘首結構進行有限元網格劃分，以便后續進行有限元分析；

S3，確定優化設計變量，利用粒子群優化算法求解得到不同優化設計變量的值，根據獲得的優化設計變量的值基于有限元分析計算混凝土體積，以達到混凝土體積最小為目標函數以及滿足約束條件，確定最優的優化設計變量值。

優選的，順水流向變高程廊道的人字門閘首結構包括底板、廊道、分流墩、閘門啟閉室、閥門井及閥門啟閉室和空箱六個基本實體。

優選的，選取空箱基本實體的尺寸參數作為設計變量。

優選的，空箱基本實體包括空箱一、空箱二、空箱三、空箱四和底板內部空箱，選取空箱一的長度、空箱一的寬度、空箱一頂高程、空箱二底高程、空箱二頂高程、空箱三的長度、空箱四的長度、空箱三、四的底高程、底板內部空箱的長度、底板內部空箱的寬度、底板內部空箱底高程和底板內部空箱頂高程共12個優化設計變量。

優選的，約束條件包括幾何約束、應力約束和穩定約束。

優選的，穩定約束包括抗滑穩定、抗傾覆穩定和抗浮穩定約束。