[發明專利]一種基于GA-GLM的臍帶纜截面自動分層布局優化算法

在審

• 申請號: 202210884064.7
• 申請日: 2022-07-26
• 公開（公告）號: CN115329481A
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發明（設計）人: 楊志勛;殷旭;閻軍;曹冬輝;田庚;曹鵬;劉佳;胡海濤;史冬巖;樊耀華;王立夫;朱鵬程;毛彥東;蘇琦;步宇峰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/27;G06F111/06;G06F119/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于GA-GLM的臍帶纜截面自動分層布局優化算法，其特征在于，步驟如下：

(1)簡化臍帶纜截面構件，將臍帶纜截面構件簡化為在同一平面內具有不同性質的圓盤；

(2)考慮實際臍帶纜中各種功能構件的截面直徑相差不大，假定各功能構件截面直徑相同；

(3)提取設計變量，選取臍帶纜平面內任一點為中心建立一個直角坐標系，假設臍帶纜包含m根半徑為R^S的鋼管和n根半徑為R^Q的電纜；基于所設定的坐標系，鋼管和電纜截面的中心位置分別描述為和對于臍帶纜截面布局優化問題可轉化為以構件中心位置坐標為連續設計變量的優化問題；

(4)建立目標函數

優化目標函數f₁為：

f₁＝minR

基于截面構件的軸向拉伸剛度引入虛擬重力指標來描述截面布局的平衡性：

G＝EA

其中：E為彈性模量；A為截面面積；

臍帶纜截面承載能力的平衡對稱性取決于平行力系中心到截面幾何中心的距離Δ，各構件的虛擬重力的合中心與截面中心的偏移距離關系為:

假設臍帶纜的力學性能M_B與偏離距離之間的存在關系:

M_B＝ξ_B/Δ，

其中：ξ_B為力學性能的相關系數；為第i根鋼管的虛擬重力向量；為第j根電纜的虛擬重力向量；優化目標函數f₂為：

f₂＝minΔ

由鋼管相互接觸引起的力學損傷量D_f描述，其為任意兩鋼管之間距離的函數表達式:

其中:ψ_f為力學性能的相關系數；優化目標函數f₃為:

f₃＝minD_f

通過加權系數將臍帶纜截面布局多目標優化問題轉化為單目標優化問題：min:f＝C₁·f₁+C₂·₂+C₃·₃，其中C₁+C₂+C₃＝1；

(5)建立約束條件

各個功能構件中心坐標變量所受到約束條件表示為：

設R^s＝R^Q＝r，C₁＝C₂＝C₃＝1/3，優化列式可表示為:

to find:X＝[(x_i,x_i),(x_j,x_j)](i＝1,2,…m；j＝1,2,…n),

(6)截面構件分層策略，臍帶纜的功能構件的橫截面是平面上的圓，通過求解可獲得臍帶纜的分層截面布局；

(7)在建立上述多目標優化模型后，根據相應求解流程得到所需解。

2.根據權利要求1所述的一種基于GA-GLM的臍帶纜截面自動分層布局優化算法，其特征在于，所述步驟(6)中求解方法如下：求解通過兩個圓心的連線的線性方程和兩個圓的公共弦線方程得到兩條直線的交點，該交點即兩個圓的接觸點標記為*；得到所有接觸點后，采用最遠點優先漸進算法構造出包含所有接觸點的最小包圍圓，稱之為準分層圓；

為了確定分層圓內排列的圓的個數，引入比例系數C來控制設置；比例系數根據準分層圓內所有圓中心與準分層圓中心的距離d_i設置，從小到大排列記為Dis＝[d₁,d₂,…d_i](i＝1,2,…n)；如果第一層的圓的個數為3，則比例系數C＝Dis(3)；確定第一層的構件后，構建分層圓，然后剩余的構件被布置在第二層中，最后，可獲得臍帶纜的分層截面布局。

3.根據權利要求1所述的一種基于GA-GLM的臍帶纜截面自動分層布局優化算法，其特征在于，所述步驟(7)中的相應求解流程為：首先用遺傳算法在全局解空間范圍內求解該問題的最優解，確定最優布局中各構件的中心坐標的可行解；然后以GA得到的可行解為初值，利用GLM進行快速精確求解得到整體截面布局；在得到截面整體最優布局之后引入分層策略，繼續采用GLM算法進行優化從而得到臍帶纜截面分層布局形式。