[發(fā)明專利]基于遺傳算法的風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)尺寸優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811383462.0
• 申請日: 2018-11-20
• 公開（公告）號: CN109543287B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張翔;孫鐵雷;許千壽;朱靜;鄧艾東;鄧敏強(qiáng);王明春
• 申請（專利權(quán)）人: 深能南京能源控股有限公司;南京東振測控技術(shù)有限公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/27;G06N3/126;G06F119/14
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 葛瀟敏

1.一種基于遺傳算法的風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)尺寸優(yōu)化方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟1，確定編碼規(guī)則、變量目標(biāo)函數(shù)及約束條件；

步驟2，根據(jù)所選塔架基礎(chǔ)尺寸取值范圍，隨機(jī)生成初始種群，設(shè)置遺傳算法所需的初始參數(shù)：種群規(guī)模N、最大進(jìn)化代數(shù)M_max、交叉變異概率；

步驟3，將塔架基礎(chǔ)的受力性能、變形量、穩(wěn)定性作為約束條件，將遺傳算法的目標(biāo)函數(shù)定為塔架基礎(chǔ)原材料的造價(jià)，計(jì)算個(gè)體的適應(yīng)度值；

步驟4，采用輪盤賭機(jī)制選擇和保留最優(yōu)個(gè)體，并進(jìn)行交叉、變異和倒位組成新的個(gè)體，形成一代新種群；

步驟5，重復(fù)步驟3～4，將最大適應(yīng)度值所對應(yīng)的參數(shù)作為最后優(yōu)化結(jié)果；其中，以塔架混凝土基礎(chǔ)原材料造價(jià)為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)：

式中，F(xiàn)₂為混凝土塔筒基礎(chǔ)材料價(jià)格；C₁、C₂分別為普通鋼筋混凝土、C30混凝土的市場平均價(jià)格；r₁為塔架基礎(chǔ)最大環(huán)半徑，r₂為基礎(chǔ)高臺(tái)環(huán)半徑，r₃為塔架承臺(tái)外半徑，r₄為塔架承臺(tái)內(nèi)半徑；ρ₁,ρ_s分別是普通鋼筋混凝土材料密度和混凝土塔架基礎(chǔ)材料密度；h₁為基礎(chǔ)最大環(huán)的高度，h₂為基礎(chǔ)臺(tái)階高度，h₃為承臺(tái)高度；

在步驟3中，受力性能的約束條件包含如下內(nèi)容：

第一，壓應(yīng)力P_k：

式中，N_k—荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下，上部結(jié)構(gòu)傳至擴(kuò)展基礎(chǔ)頂面豎向力修正標(biāo)準(zhǔn)值；G_k—荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下，擴(kuò)展基礎(chǔ)自重和擴(kuò)展基礎(chǔ)上覆土重標(biāo)準(zhǔn)值；A—擴(kuò)展基礎(chǔ)底面積；

第二，當(dāng)承受軸心荷載時(shí)，應(yīng)滿足下式的要求：P_k≤f_a，

式中，P_k—荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下，擴(kuò)展基礎(chǔ)底面處平均壓力；f_a—修正后地基承載力特征值；

當(dāng)承受偏心荷載時(shí)，除滿足上式的要求，還要滿足下式的要求：P_kmax≤1.2f_a，

式中，P_kmax—荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下，擴(kuò)展基礎(chǔ)底面邊緣最大壓力值。

2.如權(quán)利要求1所述的基于遺傳算法的風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)尺寸優(yōu)化方法，其特征在于：N_k的計(jì)算公式是：N_k＝k₀F_zk，其中，k₀為考慮風(fēng)電機(jī)組荷載不確定性和荷載模型偏差的荷載修正安全系數(shù)，F(xiàn)_zk為豎向力。

3.如權(quán)利要求1所述的基于遺傳算法的風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)尺寸優(yōu)化方法，其特征在于：所述步驟3中，變形量的約束條件包含如下內(nèi)容：

第一，沉降值

式中，s—地基最終沉降值；s′—按分層總和法計(jì)算出的地基沉降值；φ_s—沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；n—地基沉降計(jì)算深度范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)；p_0k—荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下，擴(kuò)展基礎(chǔ)底面處的附加壓力；E_si—擴(kuò)展基礎(chǔ)底面下第i層土的壓縮模量；Z_i、Z_i-1—擴(kuò)展基礎(chǔ)底面至第i、i-1層土底面的距離；—擴(kuò)展基礎(chǔ)底面計(jì)算點(diǎn)至第i、i-1層土底面范圍內(nèi)平均附加應(yīng)力系數(shù)；F_zk為豎向力；G_k為荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下，擴(kuò)展基礎(chǔ)自重和擴(kuò)展基礎(chǔ)上覆土重標(biāo)準(zhǔn)值；A_s為基底實(shí)際受壓面積；

地基沉降計(jì)算深度z_n符合下式要求：

式中，ΔS_i′—計(jì)算深度范圍內(nèi)，第i層土的計(jì)算沉降值；ΔS_n′—由計(jì)算深度向上取厚度為ΔZ的土層計(jì)算沉降值；

第二，傾斜率θ：

式中，s₁、s₂—基礎(chǔ)傾斜方向?qū)嶋H受壓區(qū)域兩邊緣的最終沉降值；b_s1—基礎(chǔ)傾斜方向?qū)嶋H受壓區(qū)域的寬度。

4.如權(quán)利要求1所述的基于遺傳算法的風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)尺寸優(yōu)化方法，其特征在于：所述步驟3中，穩(wěn)定性的約束條件包含如下內(nèi)容：

第一，抗傾覆：

M_R＝(N_k+G_k)×r

M_S＝M_rk+H_KH_d1

式中：M_R—荷載效應(yīng)基本組合下，抗傾力矩；M_S—荷載效應(yīng)基本組合下，傾覆力矩修正值；H_K—荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下，上部結(jié)構(gòu)傳至擴(kuò)展基礎(chǔ)頂面水平合力修正標(biāo)準(zhǔn)值；M_rk—傾覆力矩；H_d1—基礎(chǔ)環(huán)頂標(biāo)高至基礎(chǔ)底面的高度；r—圓形擴(kuò)展基礎(chǔ)的半徑；

第二，基礎(chǔ)抗滑移：

F_R＝(N_k+G_k)×μ

式中，μ為基底摩擦系數(shù)；F_R—荷載效應(yīng)基本組合下，抗滑力；F_S—荷載效應(yīng)基本組合下，滑動(dòng)力修正值；

第三，抗沖切：

γ₀F_l≤0.7β_hpf_ta_mh₀

F_l＝p_jA_l

式中，B—基底面積，a_t，F(xiàn)_l—荷載效應(yīng)基本組合下，作用在A上的地基凈反力設(shè)計(jì)值；A_l—中切驗(yàn)算時(shí)取用的部分基底面積；p_j—扣除基礎(chǔ)自重及其上土重后相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合時(shí)的地基土單位面積凈反力；β_hp—受沖切承載力截面高度影響系數(shù)，當(dāng)h₀＜800mm時(shí)，取1.0；當(dāng)h₀＞2000mm時(shí)，取0.9，其間按線性內(nèi)插法取用；f_t—混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；h₀—基礎(chǔ)沖切破壞錐體的有效高度；a_m—沖切破壞錐體最不利一側(cè)計(jì)算長度；a_t—受沖切破壞錐體最不利一側(cè)斜截面的上邊長，當(dāng)計(jì)算基礎(chǔ)環(huán)與基礎(chǔ)交接處的受沖切承載力時(shí)，取基礎(chǔ)環(huán)直徑，當(dāng)計(jì)算基礎(chǔ)臺(tái)柱邊緣處的受沖切承載力時(shí)，取臺(tái)柱寬；a_b—受沖切破壞錐體最不利一側(cè)斜截面在基礎(chǔ)底面積范圍內(nèi)的下邊長，當(dāng)受沖切破壞錐體的底面落在基礎(chǔ)底面以內(nèi)，計(jì)算基礎(chǔ)環(huán)與基礎(chǔ)交接處的受沖切承載力時(shí)，取基礎(chǔ)環(huán)直徑加兩倍基礎(chǔ)有效高度，當(dāng)計(jì)算基礎(chǔ)臺(tái)柱邊緣受沖切承載力時(shí)，取臺(tái)柱寬加兩倍該處有效高度。