工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究進展分析

工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究進展分析摘要：本文就目前工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究的現(xiàn)狀進行了詳細的介紹與分析，主要涉及到的內(nèi)容包括多目標(biāo)優(yōu)化、拓撲優(yōu)化以及形狀優(yōu)化等等，并分析了目前關(guān)于尋找新的優(yōu)化方法提出的系統(tǒng)性理論如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、遺傳算法，進而提出了工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計算法的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：工程結(jié)構(gòu)；優(yōu)化算法；研究進展所謂的優(yōu)化，就是指應(yīng)用最有效的方法實現(xiàn)最好的目標(biāo)。最優(yōu)化設(shè)計的初衷在于從所有可能的設(shè)計中尋找最佳的設(shè)計進而促進目標(biāo)的實現(xiàn)，這個尋找最優(yōu)方法的過程就是最優(yōu)化設(shè)計。工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計就是指將力學(xué)概念與優(yōu)化技術(shù)加以結(jié)合，然后在設(shè)計要求的指導(dǎo)下，將參與工程計算的部分參數(shù)以變量的形式出現(xiàn)在方案的設(shè)計中，然后再通過數(shù)學(xué)計算方法完成能夠?qū)崿F(xiàn)既定目標(biāo)而且行之有效的方案的搜索，實踐經(jīng)驗顯示，采用優(yōu)化了的工程結(jié)構(gòu)方案可以最大限度地實現(xiàn)施工周期的壓縮和工程質(zhì)量的提升，與原來的施工方案相比較，可以降低將近三成的施工造價。一、現(xiàn)代環(huán)境中的工程解耦優(yōu)化設(shè)計1、多目標(biāo)優(yōu)化本文中所說的多目標(biāo)優(yōu)化是指在進行優(yōu)化方案的設(shè)計過程中所考慮的目標(biāo)不是單一的，一般的，處于考慮范圍之內(nèi)的多個目標(biāo)具有互相矛盾的關(guān)系，具體來說，在實際的施工中要想實現(xiàn)安全施工就必然要取較高的結(jié)構(gòu)截面的面積，如果想要在施工中消耗最低的重量，那么就必須以截面面積的減小為支撐，所以在進行多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計過程中實現(xiàn)每一個目標(biāo)的絕對優(yōu)化是不可能的，唯有盡量是每一個目標(biāo)都最大限度的接近最初要求。實際工程中，進行多目標(biāo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的要求是工程系統(tǒng)的決策，也就是說從工程總體上的決策角度來看，需要進行多目標(biāo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，整體策略確定之后在進行單個目標(biāo)的優(yōu)化。當(dāng)進行優(yōu)化的過程中所采用的數(shù)學(xué)模型不一樣是，最終獲得解也會不同的。常見的數(shù)學(xué)模型包括四種。首先是約束法，由于設(shè)計工作所涉及的目標(biāo)有多個，因此必須從中找出一個比較重要的目標(biāo)，稱之為主目標(biāo)，然后確定其余目標(biāo)的希望值，這樣就把多目標(biāo)的問題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)的問題了，大大簡化了方案的設(shè)計工程量；其次是功效系數(shù)法，找出每一個目標(biāo)的最壞的價值，然后將這一壞的價值用功效系數(shù)進行描述，然后利用幾何平均發(fā)建立一個相對完整的評估系統(tǒng)，對轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化的多目標(biāo)問題完成最優(yōu)解的計算；三是評價函數(shù)法，一般采用的方法有三種，分貝時加權(quán)法、平方法和線性加權(quán)法，將多目標(biāo)綜合成為一個總的函數(shù)，也就是將多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計轉(zhuǎn)化為含有多個參數(shù)的單目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計問題；四是目的規(guī)劃法，約定希望值與實際值之間的差數(shù)為約束差，然后再將目標(biāo)差和約束差通過某種途徑進行組合后將多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計的問題。2、拓撲優(yōu)化拓撲優(yōu)化就是指在進行結(jié)構(gòu)的剛度優(yōu)化設(shè)計的時候?qū)ふ易罴训目臻g分布形式和最好的傳力方式的過程，往往應(yīng)用于計算工程結(jié)構(gòu)中的受力情況、合理的移位方式方賣弄，在最優(yōu)方案的挖掘與設(shè)計過程中具有積極地作用。相較于形狀優(yōu)化，拓撲優(yōu)化的優(yōu)勢在于可以在施工的初始階段找到最佳的施工布局的方案，實現(xiàn)工程施工過程中的經(jīng)濟效益的提升，而且由于設(shè)計簡單方便，為眾多設(shè)計者接受和認可，在拓撲優(yōu)化中，拓撲變量主要有兩種，分別是連續(xù)型變量和離散型變量。連續(xù)型變量的拓撲優(yōu)化是指在變量0和1之間尋找最佳的組合方式，基本的思路是把設(shè)計區(qū)間劃分為多個離散的網(wǎng)格，然后根據(jù)一定的原則將其中的某些網(wǎng)格刪除，至于刪除的方式，則主要包括均化法、變密法和變厚法三種，均化法的特點是利用嚴(yán)密的數(shù)學(xué)理論獲得宏觀彈性常數(shù)很難