前言：我們精心挑選了數(shù)篇優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法文章，供您閱讀參考。期待這些文章能為您帶來啟發(fā)，助您在寫作的道路上更上一層樓。

第1篇

【關(guān)鍵詞】工業(yè)建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；優(yōu)化方法

1工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的探討

1.1工業(yè)建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。目前，在工業(yè)建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程之中，依據(jù)各類建筑，其優(yōu)化需求目標(biāo)基本上可以分成兩類：（1）傳統(tǒng)概念之上的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化，其主要就是針對(duì)成本結(jié)構(gòu)來進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在最大限度之上來充分的保障設(shè)計(jì)的質(zhì)量以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性，最終于現(xiàn)代社會(huì)低碳環(huán)保的各項(xiàng)要求相符。（2）主要就是利用建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化來滿足企業(yè)工業(yè)生產(chǎn)的各項(xiàng)目標(biāo)，達(dá)到建筑整體而結(jié)構(gòu)的布局及設(shè)備置放的部位、分析與處理施工流程之中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，來最大程度之上加大工業(yè)生產(chǎn)作業(yè)的效率，提升企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

1.2工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化中的常見問題。在目前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的施工經(jīng)驗(yàn)之中來進(jìn)行分析，一般問題都是出現(xiàn)在優(yōu)化之中。現(xiàn)如今，應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)的范圍逐漸的加大，這對(duì)于概念性設(shè)計(jì)與空間美學(xué)產(chǎn)生了較大的影響。此外，大部分工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化之中，設(shè)計(jì)人員對(duì)于整個(gè)結(jié)構(gòu)規(guī)劃布局缺乏一個(gè)全面化的認(rèn)識(shí)，最終相應(yīng)的也就引發(fā)了優(yōu)化效果不顯著情況的出現(xiàn)以及大部分企業(yè)對(duì)工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化不認(rèn)可。

2工業(yè)建筑設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.1建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化的注意事項(xiàng)。現(xiàn)如今，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們國(guó)家大多建筑師基本上都不會(huì)參前期方案的設(shè)計(jì)，針對(duì)結(jié)構(gòu)可行性與合理性來進(jìn)行分析，在后期工程建設(shè)與方案設(shè)計(jì)相應(yīng)的也就加大了難度，當(dāng)然這也就需要增加對(duì)于工程的投入及應(yīng)用。在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前期就得要及時(shí)的引入結(jié)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計(jì)理念，這樣一來不僅僅可以統(tǒng)籌兼顧來分析出工程優(yōu)化設(shè)計(jì)的各項(xiàng)需求，而且還可以縮減企業(yè)資金的投入量，那么就可以在工程的初期進(jìn)行合理的控制。

2.2建立完善的工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化體系。在工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程之中，因?yàn)楦鱾€(gè)工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)缺失統(tǒng)一的指導(dǎo)方案，那么就會(huì)使得建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化無法滿足工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)要求。所以在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)之前，首先要做的就是得完成的管理體系建立起來，利用管理體系以及工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)之中出現(xiàn)的各項(xiàng)問題來進(jìn)行分析，并及時(shí)的制定出來行之有效的措施來解決，逐漸的工作的內(nèi)容完善起來，最終在最大限度之上來充分的滿足工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)質(zhì)量管理的目的，加大工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)質(zhì)量及其后期正式應(yīng)用的使用效率。

2.3建立工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型。為了進(jìn)一步科學(xué)、合理化的實(shí)現(xiàn)工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的工作可以有條不紊的進(jìn)行，在真是開展優(yōu)化工作之前，要將結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型建立起來，在眾多變量參數(shù)之中選擇出來其中的重要參數(shù)，逐步將函數(shù)模型建立起來，最終實(shí)現(xiàn)最佳的優(yōu)化方案。

2.4吊車水平載荷。大部分工廠的生產(chǎn)均要利用吊車來進(jìn)行輸送體積偏大的獲取，吊車荷載主要可以分為水平與豎直。SAP2000在結(jié)構(gòu)分析之中可以將吊車的水平荷載利用等效靜載負(fù)荷的方式來加到排架樁之上，另外豎直荷載主要就是利用移動(dòng)式的靜載負(fù)荷來進(jìn)行施加的。

2.5電廠煤斗。煤斗是一種大型設(shè)備，其主要特征表現(xiàn)在：高度高以及體積大，并且有水平地震的重要性。針對(duì)支承構(gòu)建而產(chǎn)生附加的扭矩以及彎矩，那么就得要利用相應(yīng)的計(jì)算來進(jìn)行補(bǔ)償附加的內(nèi)力。其主要步驟為：首先在設(shè)備的重心位置加設(shè)相應(yīng)的支承結(jié)構(gòu)，將附加的內(nèi)力進(jìn)行縮減；其次則是在與支承梁桿的軸心位置垂直的部位加設(shè)梁結(jié)構(gòu)，使得支承梁的扭矩轉(zhuǎn)變成為作用在梁上的彎矩；再者就是這個(gè)時(shí)候梁的抗彎能力十分的強(qiáng)，最終轉(zhuǎn)移危險(xiǎn)；最后則是支承結(jié)構(gòu)抗扭配筋在不斷的強(qiáng)化，樓板強(qiáng)度也隨即加強(qiáng)。

2.6磨煤機(jī)隔振。對(duì)于火電廠而言，其發(fā)電過程之中始終無法離開煤炭，那么其中的關(guān)鍵工具就是磨煤機(jī)。振動(dòng)的程度也會(huì)在很大程度之上影響到其他設(shè)備，特別是配電裝置以及發(fā)電機(jī)組所處的控室。為了可以有效的避免這些問題的出現(xiàn)，那么彈性支承系統(tǒng)也因此而出現(xiàn)。（1）應(yīng)用了彈簧振系統(tǒng)之后，磨煤機(jī)基礎(chǔ)臺(tái)座的重量約為一般基礎(chǔ)快的二分之一。由于將之前的占地空間縮減，這對(duì)于工藝布置而言十分的有利。（2）應(yīng)用了彈簧隔振系統(tǒng)之后，降低了磨煤機(jī)振動(dòng)的頻率，另外最為關(guān)鍵的就是有效的降低了磨煤機(jī)對(duì)于周邊廠房及人員的影響。（3）因?yàn)槟ッ簷C(jī)基礎(chǔ)臺(tái)座和鍋爐廠房結(jié)構(gòu)之間出現(xiàn)分離的現(xiàn)象，磨煤機(jī)基礎(chǔ)施工的靈活性偏大。磨煤機(jī)基礎(chǔ)施工的進(jìn)行交叉是的施工，可以有效的縮減施工周期。（4）調(diào)平磨煤機(jī)，基礎(chǔ)沉降可以通過彈性彈簧隔振器來進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。（5）應(yīng)用彈簧隔振系統(tǒng)之后，磨煤機(jī)自身受到荷載影響偏小，減小了磨煤機(jī)磨損的程度，使得磨煤機(jī)的運(yùn)行可靠性進(jìn)一步的提升。另外還可以有效的延長(zhǎng)磨煤機(jī)的使用壽命，加大磨煤機(jī)大修的周期。（6）和一般基礎(chǔ)相比之下，在應(yīng)用彈簧隔振系統(tǒng)之后，磨煤機(jī)基礎(chǔ)的振動(dòng)具備可控制性，最為關(guān)鍵的就是傳遞到基礎(chǔ)下荷載量減小了，所以可以適當(dāng)?shù)目s減地基基礎(chǔ)處理的資金。綜上所述，工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)較為繁雜的工作，那么需要考慮各個(gè)方面的因素，從選擇原材料到工程設(shè)計(jì)以及設(shè)計(jì)優(yōu)化等等各個(gè)部分，依據(jù)工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)的特征來來具體的進(jìn)行操作。逐漸的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，在最大限度之上設(shè)計(jì)出來經(jīng)濟(jì)合理的方案。

參考文獻(xiàn)

第2篇

1.1基于拉格朗日方程的剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)建模在對(duì)硅片傳輸機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型過程中，需要對(duì)實(shí)際機(jī)器人進(jìn)行如下合理的假設(shè)：①將硅片傳輸機(jī)器人手臂等效為均質(zhì)桿，將關(guān)節(jié)質(zhì)量等效為集中質(zhì)量；②將同步帶以及諧波減速器等效為無質(zhì)量線性彈簧，系統(tǒng)阻尼采用比例阻尼進(jìn)行簡(jiǎn)化。經(jīng)過上述假設(shè)后，硅片傳輸機(jī)器人手臂可由如圖2所示的簡(jiǎn)化模型表示。硅片傳輸機(jī)器人手臂簡(jiǎn)化模型中各物理量參數(shù)定義及其數(shù)值見表1。1.2硅片傳輸機(jī)器人動(dòng)態(tài)特性分析柔性系統(tǒng)一般有多階固有頻率以及模態(tài)，但并非所有階固有頻率和模態(tài)會(huì)對(duì)末端軌跡精度造成影響。為了有效地選取優(yōu)化變量，首先應(yīng)先對(duì)柔性系統(tǒng)進(jìn)行固有頻率及模態(tài)等動(dòng)態(tài)特性分析，從中尋找對(duì)末端軌跡精度有影響的模態(tài)以及對(duì)應(yīng)的固有頻率階數(shù)，從而將優(yōu)化重點(diǎn)放在為對(duì)末端軌跡精度影響較大的固有頻率階數(shù)上。由于固有頻率為系統(tǒng)的固有屬性，因此將硅片傳輸機(jī)器人手臂的剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)模型寫為式(2)的形式進(jìn)行模態(tài)分析根據(jù)模態(tài)分析理論，柔性系統(tǒng)固有頻率以及模態(tài)振型可由式(3)求得，其中ω為固有頻率，A為模態(tài)振型矢量硅片傳輸機(jī)器人手臂柔性關(guān)節(jié)系統(tǒng)的質(zhì)量陣為時(shí)變矩陣，因此其固有頻率會(huì)隨著末端的位置變化而變化。采用表1的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行仿真得到硅片傳輸機(jī)器人手臂固有頻率特性如圖3所示。由圖3中可以看出機(jī)械臂的固有頻率隨末端點(diǎn)位置變化而變化。選取末端點(diǎn)位置最遠(yuǎn)點(diǎn)進(jìn)行模態(tài)分析，分析結(jié)果如圖4所示。由模態(tài)分析結(jié)果可以看出，系統(tǒng)的第三階模態(tài)各個(gè)關(guān)節(jié)角的振幅比例約為1:–2:1。根據(jù)硅片傳輸機(jī)器人手臂的結(jié)構(gòu)原理，大臂、小臂以及末端手的關(guān)節(jié)角度按照1:–2:1運(yùn)動(dòng)時(shí)，末端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為一條直線，故三階振動(dòng)狀態(tài)對(duì)末端軌跡的直線度并不造成影響。因此，對(duì)于硅片傳輸機(jī)器人手臂進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，只需要重點(diǎn)考慮一階與二階的振動(dòng)，以提高系統(tǒng)一階與二階固有頻率為主要目標(biāo)。

2手臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化變量確定

如何在可優(yōu)化變量中找到對(duì)固有頻率影響最大的設(shè)計(jì)變量通常需要進(jìn)行靈敏度分析。當(dāng)優(yōu)化參數(shù)以一很小值變化時(shí)，將此時(shí)固有頻率的變化量作為該結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)固有頻率的靈敏度。通常固有頻率對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的靈敏度可由式(4)表示式(4)的前提條件為設(shè)計(jì)變量bj的修改量必須很小。而在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)不同設(shè)計(jì)變量改變同樣數(shù)值時(shí)的難易程度并不相同，而對(duì)優(yōu)化變量改變同樣百分比的數(shù)值的難易程度基本一致。例如硅片傳輸機(jī)器人柔性關(guān)節(jié)剛度數(shù)值相對(duì)較大，而手臂質(zhì)量較小，如果同樣采取0.1為改變量時(shí)，剛度修改比質(zhì)量修改更容易。因此，本文提出固有頻率權(quán)值的概念，并以權(quán)值作為優(yōu)化參數(shù)的選擇依據(jù)。2.1權(quán)值概念在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，固有頻率一般為多個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)變量的隱函數(shù)，可將固有頻率按式(6)進(jìn)行展開，其中偏導(dǎo)數(shù)項(xiàng)即為固有頻率的靈敏度，而權(quán)值向量則表示所有變量對(duì)固有頻率數(shù)值“貢獻(xiàn)”的比例。優(yōu)化變量的權(quán)值越大說明該變量對(duì)固有頻率的影響越大。2.2優(yōu)化參數(shù)確定根據(jù)上述理論，分別對(duì)硅片傳輸機(jī)器人手臂的優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行靈敏度分析與權(quán)值分析。結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)一階固有頻率的靈敏度分析結(jié)果如圖5所示，結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)一階固有頻率的權(quán)值分析結(jié)果如圖6所示；結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)二階固有頻率的靈敏度分析結(jié)果如圖7所示，結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)二階固有頻率的權(quán)值分析結(jié)果如圖8所示。從仿真結(jié)果中可以看出：當(dāng)采用靈敏度作為選擇依據(jù)時(shí)，關(guān)節(jié)處的等效慣量靈敏度最高，而其余參數(shù)均較小，當(dāng)采用權(quán)值作為選擇依據(jù)時(shí)，手臂質(zhì)量、桿長(zhǎng)以及柔性環(huán)節(jié)剛度對(duì)固有頻率影響較大，顯然采取權(quán)值作為判斷依據(jù)更符合實(shí)際情況。其中權(quán)值為正表示參數(shù)增大時(shí)固有頻率提升，權(quán)值為負(fù)表示參數(shù)減小時(shí)固有頻率提升。分析結(jié)果表明：對(duì)一階固有頻率的權(quán)值較大的變量為：腕關(guān)節(jié)集中質(zhì)量、末端手臂質(zhì)量、小臂與末端手長(zhǎng)度以及同步帶的剛度；對(duì)二階固有頻率的權(quán)值較大的變量為：腕關(guān)節(jié)質(zhì)量、小臂質(zhì)量、末端手臂質(zhì)量、小臂與末端手長(zhǎng)度以及同步帶剛度。本文只重點(diǎn)考慮質(zhì)量的優(yōu)化，且腕關(guān)節(jié)集中質(zhì)量主要為軸承等標(biāo)準(zhǔn)件，無法進(jìn)行優(yōu)化。因此，最終的優(yōu)化變量確定為：小臂質(zhì)量與末端手臂質(zhì)量。同時(shí)注意到大臂的質(zhì)量對(duì)一階與二階固有頻率均無影響，必要時(shí)可以考慮增加大臂的質(zhì)量來增加豎直方向上的剛度。

3手臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)上述分析結(jié)果，最終選取硅片傳輸機(jī)器人小臂質(zhì)量與末端手臂的質(zhì)量作為優(yōu)化參數(shù)，減小質(zhì)量參數(shù)有助于固有頻率的提高。然而大幅度的減小手臂的質(zhì)量必然造成手臂在豎直方向上的剛度降低，從而使懸臂結(jié)構(gòu)在豎直方向上的靜態(tài)變形增大以及在豎直方向上的振動(dòng)的加劇。因此在減小手臂質(zhì)量的同時(shí)，需要考慮對(duì)豎直方向上變形的影響。3.1優(yōu)化方法及約束方程推導(dǎo)將硅片傳輸機(jī)器人小臂與末端臂簡(jiǎn)化為圖9所示的等截面空心梁。其中H與W為空間尺寸約束條件，通常為常數(shù)；h1、h2、h3為手臂厚度變量；L為手臂長(zhǎng)度。OYZ為截面坐標(biāo)系，YC為截面彎曲中性軸。硅片傳輸機(jī)器人小臂與末端臂的受力均可等效為圖10所示的形式。圖10中p為手臂自身重力引起的均布載荷，F(xiàn)e為等效力，Me為等效轉(zhuǎn)矩。則手臂末端的撓度、由于硅片傳輸機(jī)器人手臂為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，故式(8)中的等效力與等效力矩均參數(shù)均與該手臂所承載的后端的手臂的質(zhì)量以及長(zhǎng)度參數(shù)有關(guān)。因此，在進(jìn)行硅片傳輸機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)需要從末端手臂開始設(shè)計(jì)，隨后再設(shè)計(jì)小臂。3.2末端手臂優(yōu)化設(shè)計(jì)在硅片傳輸機(jī)器人末端手臂設(shè)計(jì)時(shí)，末端手臂所承受的等效力與等效轉(zhuǎn)矩由末端手與負(fù)載的參數(shù)決定。通常末端手與負(fù)載的參數(shù)為常數(shù)，且末端手等效載荷以及尺寸約束參數(shù)數(shù)值如表2所示。仿真結(jié)果表明：末端總變形隨末端手臂上壁厚度的增加而增加，但當(dāng)上壁厚度大于2mm后末端總變形基本不變；側(cè)壁的厚度對(duì)末端總變形的影響較小，基本可以忽略；末端總變形隨著末端手臂下蓋厚度增加而增加，但當(dāng)下蓋厚度大于1mm之后，總變形增加的較為緩慢。因此，末端手臂厚度尺寸最終確定為：上壁厚度2mm、側(cè)壁厚度1.5mm、下蓋厚度1.5mm。3.3小臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)末端手臂優(yōu)化完成后，小臂的等效力與等效轉(zhuǎn)矩參數(shù)即可以確定。小臂受力及約束尺寸參數(shù)數(shù)值如表3所示。仿真結(jié)果表明：末端總變形隨小臂上壁厚度的增加而增加，但當(dāng)上壁厚度大于2mm后末端總變形基本不變；側(cè)壁的厚度對(duì)末端總變形的影響較小，基本可以忽略；末端總變形隨著小臂下蓋厚度增加而增加，但當(dāng)下蓋厚度大于1mm之后，總變形增加的較為緩慢。因此，小臂厚度尺寸最終確定為：上壁厚度2.5mm、側(cè)壁厚度2mm、下蓋厚度1.5mm。

4優(yōu)化前后性能及參數(shù)對(duì)比

優(yōu)化前后的小臂與末端手臂的三維模型如圖17所示(手臂的下端蓋未顯示)。優(yōu)化前后手臂質(zhì)量以及硅片傳輸機(jī)器人手臂系統(tǒng)的固有頻率數(shù)值對(duì)比關(guān)系如表4所示優(yōu)化前后硅片傳輸機(jī)器人手臂系統(tǒng)由懸臂引起的豎直方向上的靜變形、靜應(yīng)力以及豎直方向上的振動(dòng)頻率如圖18～23所示。由表5與表6可以看出：優(yōu)化前后末端手臂質(zhì)量降低了50%，小臂質(zhì)量降低了18.8%；一階固有頻率平均值與二階固有頻率平均值均提高了10%；豎直方向上最大靜態(tài)變形量降低了52.3%；系統(tǒng)最大應(yīng)力降低了58.3%；豎直方向上的振動(dòng)頻率提高了45.2%。

5結(jié)論

第3篇

截面優(yōu)化 形狀優(yōu)化 拓?fù)鋬?yōu)化 算法

結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是最近30年來才發(fā)展起來的一個(gè)新的技術(shù)，這是結(jié)構(gòu)上的一次重大的飛躍，它讓設(shè)計(jì)者們從被動(dòng)的狀態(tài)變?yōu)榱酥鲃?dòng)狀態(tài)。優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠非常合理地使用每一種材料的性能，讓結(jié)構(gòu)內(nèi)的每一個(gè)單元都能夠很好的協(xié)調(diào)在一起，并且保證安全度是完全達(dá)標(biāo)的。于此同時(shí)，它還能夠幫助整體性的方案設(shè)計(jì)進(jìn)行一個(gè)非常合理的決策。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)從出現(xiàn)到現(xiàn)在已經(jīng)有40多年的歷史了，而在過去的30年內(nèi)，它在理論和算法等方面都取得了非常顯著的進(jìn)展。這些進(jìn)展大部分是與連續(xù)變量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)相關(guān)的，另外少部分是與離散變量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)相關(guān)的。

1.結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論

1.1 截面優(yōu)化

截面優(yōu)化的設(shè)計(jì)變量要么是板的厚度、桿的橫截面積，要么是復(fù)合材料的方向角度或分層厚度，因此，在使用有限元對(duì)結(jié)構(gòu)的位移與應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算時(shí)，只需要直接地使用靈敏度分析以及適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)規(guī)劃方法便能夠完成截面優(yōu)化的過程，而不需要對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行重新劃分。對(duì)于幾何狀態(tài)一定的情況，有限元分析只需要在桿的橫截面的性質(zhì)發(fā)生改變的時(shí)候才重復(fù)地進(jìn)行。對(duì)于板這類有連續(xù)性結(jié)構(gòu)的東西，也只需要把各個(gè)單元的厚度作為設(shè)計(jì)的變量，得出的優(yōu)化結(jié)果便是呈階梯形分布的板的厚度。在這些優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，設(shè)計(jì)變量和剛度矩陣一般情況下是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。所以，截面優(yōu)化應(yīng)該重點(diǎn)研究?jī)?yōu)化算法與靈敏度分析。

1.2 形狀優(yōu)化

形態(tài)優(yōu)化的主要特征是在結(jié)構(gòu)給定的前提下通過對(duì)結(jié)構(gòu)的邊界形狀或內(nèi)部的幾何形狀進(jìn)行調(diào)整來節(jié)約材料并且對(duì)結(jié)構(gòu)的特性進(jìn)行改善。從對(duì)象上劃分，形狀優(yōu)化主要可以分為塊狀、板狀的連續(xù)體結(jié)構(gòu)與桁架類的桿系結(jié)構(gòu)。對(duì)于桿系結(jié)構(gòu)形狀進(jìn)行優(yōu)化的求解方法主要可以分為兩類。第一類是綜合法，即是將兩類變量統(tǒng)一起來同時(shí)進(jìn)行處理，運(yùn)用無量綱化，然后構(gòu)造近似數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解。第二類是分步優(yōu)化方法，即是將尺寸變量和幾何變量分為兩個(gè)設(shè)計(jì)空間，然后分別對(duì)這兩類變量進(jìn)行優(yōu)化，也即是每一步將一個(gè)變量固定，同時(shí)優(yōu)化另一個(gè)變量，兩步之間通過迭代進(jìn)行協(xié)調(diào)。

1.3 拓?fù)鋬?yōu)化

拓?fù)鋬?yōu)化已經(jīng)成為了現(xiàn)今結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究的一個(gè)焦點(diǎn)，因?yàn)樗梢栽诠こ探Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最初的階段便為設(shè)計(jì)者提供一個(gè)概念性的設(shè)計(jì)，讓結(jié)構(gòu)在布局上運(yùn)用到最好的方案，這樣，拓?fù)鋬?yōu)化就比截面優(yōu)化和形狀優(yōu)化能夠獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益，也更容易受到工程設(shè)計(jì)人員的親睞。拓?fù)鋬?yōu)化的目的是在設(shè)計(jì)空間中尋找結(jié)構(gòu)的剛度最好的分布形式，從而來對(duì)結(jié)構(gòu)的一些性能進(jìn)行優(yōu)化或者減輕結(jié)構(gòu)的重量。

2.結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

2.1 數(shù)學(xué)規(guī)劃法

數(shù)學(xué)規(guī)劃方法的提出開創(chuàng)了現(xiàn)代結(jié)構(gòu)優(yōu)化的新時(shí)代，將優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)規(guī)劃的形式求解也就是將問題轉(zhuǎn)化為在設(shè)計(jì)的空間中，在一定的可行域內(nèi)尋找最小目標(biāo)等值面上的可行的點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)也就是問題的最優(yōu)解。數(shù)學(xué)規(guī)劃法有非常嚴(yán)格的理論基礎(chǔ)，雖然它在一定的條件下能夠收斂到最優(yōu)的解，但是它要求問題能夠非常明顯地表達(dá)，而且大多數(shù)情況下還要求設(shè)計(jì)變量必須是連續(xù)變量，目標(biāo)函數(shù)是連續(xù)的而且性態(tài)要良好。對(duì)于大型的結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題，收斂性一般都不是很好，而且迭代的次數(shù)比較多，這樣就加大了結(jié)構(gòu)分析的工作量，降低了工作效率。近似概念大大地提高了規(guī)劃方法的計(jì)算的效率。

2.2 最優(yōu)準(zhǔn)則法

直接地使用數(shù)學(xué)規(guī)劃理論需要多次地調(diào)用函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，而且當(dāng)設(shè)計(jì)變量增加時(shí)調(diào)用次數(shù)也會(huì)迅速增加，導(dǎo)致設(shè)計(jì)的效率太低，在這樣一種背景下便出現(xiàn)了最優(yōu)準(zhǔn)則法，它是最先發(fā)展的一種結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。這種方法雖然計(jì)算效率比較高，但是在建立迭代公式的過程中受到很多假設(shè)的限制。

2.3 仿生學(xué)方法

近年來，對(duì)自然界進(jìn)化進(jìn)行模擬的算法有兩類，即模仿自然界過程算法和模仿自然界結(jié)構(gòu)算法，主要又可以分為：進(jìn)化算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法與模擬退火。

結(jié)語

結(jié)構(gòu)優(yōu)化是一門綜合性的學(xué)科，也是一個(gè)有很大發(fā)展?jié)摿Φ难芯糠较颍哂幸欢ǖ睦碚搩r(jià)值與應(yīng)用價(jià)值。在理論上，它對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了一個(gè)新理念，極大地促進(jìn)了人類資源的合理配置。于此同時(shí)，結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題的本身也帶動(dòng)了一些相關(guān)性學(xué)科的發(fā)展，對(duì)各個(gè)學(xué)科的發(fā)展提出了一些新要求。本文對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的一些優(yōu)化方法進(jìn)行了簡(jiǎn)要的概括。截面優(yōu)化相對(duì)來說已經(jīng)比較完善，形狀優(yōu)化也漸漸地變得成熟，只有拓?fù)鋬?yōu)化至今還處在理論探索的階段。

參考文獻(xiàn)

[1]侯貫澤，劉樹堂，簡(jiǎn)國(guó)威.工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論與方法[J].鋼結(jié)構(gòu)，2009，08：30-33.

[2]董立立，趙益萍，梁林泉，朱煜，段廣洪.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)理論方法研究綜述[J].機(jī)床與液壓，2010，15：114-119.

[3]李晶，鹿曉陽，陳世英.結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論與方法研究進(jìn)展[J].工程建設(shè)，2007，06：21-31.

[4]錢令希，程耿東，隋允康，鐘萬勰，林家浩.結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論與方法的某些進(jìn)展[J].自然科學(xué)進(jìn)展，1995，01：66-72.