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拓扑基于免疫蚁群算法桥式起重机主梁结构拓扑优化

收藏本文 2024-02-29 点赞:12543 浏览:48088 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:工程结构优化探讨作为减少材料利用、提升材料利用率、充分发挥材料性能的有效手段,已经受到越来越多人的重视和青睐。作为结构优化中及其重要的拓扑优化,是当今学术界探讨的热点、难点不足。结构拓扑联系的优化改善可以大大减轻结构重量、改善结构的性能,使材料性能得到充分的发挥。结构拓扑优化的实质是搜索寻找边界约束与加载位置之间的最佳传力路线,将其转化为免疫蚁群算法中蚂蚁根据信息素浓度寻找最佳路径的历程。桥式起重机主梁的有限元浅析结果表明:其腹板有着很多低应力区域,材料性能没有充分发挥,由此需要采取结构拓扑优化对其进行优化减重设计。本论文的主要探讨内容包括:(1)综述了结构优化的进展历程、结构拓扑优化及蚁群算法的国内外进展探讨近况;提出了免疫论述改善蚁群算法的必要性及免疫蚁群算法拓扑优化的可行性。(2)结合结构拓扑优化的基本原理、有限元法及其单元生死技术,提出了基于单元应力大小决定单元“生”与“死”的结构拓扑优化论述,并构造了其数学模型。(3)根据单元生死结构拓扑优化的需要,引入了蚁群算法和人工免疫算法。在提取两种算法各自优点的基础上,提出了免疫原理改善蚁群算法的免疫蚁群算法,阐明了免疫蚁群算法的基本思想,构建了算法基本框架和步骤流程。(4)在构建免疫蚁群算法的基础上,将有限元浅析结果中的单元应力转换为免疫蚁群算法中信息素播洒,建立了基于免疫蚁群算法的拓扑优化论述及其相应的程序。(5)在探讨主梁结构静力浅析及其结果的基础上,发现主梁具有大量低效的材料。将提出的免疫蚁群算法结构拓扑优化运用于主梁腹板的拓扑优化中,并根据拓扑优化结果建立相应的模型进行浅析。与其原模型浅析比较表明,该拓扑优化符合要求,能满足实际的工程需要。关键词:拓扑优化论文免疫蚁群算法论文单元生死技术论文主梁论文

    摘要4-5

    Abstract5-10

    1 绪论10-22

    1.1 课题背景及探讨作用10-11

    1.2 结构优化概述11-13

    1.3 结构拓扑优化的探讨近况13-15

    1.4 免疫蚁群算法的探讨近况15-20

    1.5 本论文的组织结构及探讨内容20-21

    1.6 本章小结21-22

    2 结构优化原理22-36

    2.1 结构拓扑优化论述22-26

    2.1.1 结构拓扑优化原理22-24

    2.1.2 结构优化数学模型24-26

    2.2 单元生死技术26-33

    2.2.1 有限元法26-28

    2.2.2 单元生死技术28-33

    2.3 基于单元生死技术的拓扑优化33-35

    2.4 本章小结35-36

    3 免疫蚁群算法探讨36-56

    3.1 蚁群算法36-44

    3.1.1 蚁群优化的基本原理36-39

    3.1.2 蚁群算法数学模型及流程39-42

    3.1.3 蚁群算法的 TSP 优化42-44

    3.2 人工免疫系统44-50

    3.2.1 人工免疫算法概述45-48

    3.2.2 人工免疫算法数学模型48-50

    3.3 免疫蚁群算法50-55

    3.3.1 免疫蚁群算法设计思想50-51

    3.3.2 免疫蚁群算法的改善对策51-52

    3.3.3 免疫蚁群算法流程及步骤52-55

    3.4 本章小结55-56

    4 基于免疫蚁群算法的结构拓扑优化56-67

    4.1 基于免疫蚁群算法的结构拓扑优化基本原理56-57

    4.2 基于免疫蚁群算法结构拓扑优化的框架57-58

    4.3 基于免疫蚁群算法的单元生死系数计算58-60

    4.4 基于免疫蚁群算法的结构拓扑优化实现60-65

    4.4.1 程序总体流程60-61

    4.4.2 接口设计61-62

    4.4.3 具体流程及步骤62-65

    4.5 实例验证65-66

    4.6 本章小结66-67

    5 桥式起重机主梁的结构拓扑优化67-81

    5.1 基于 ANSYS 有限元法的主梁浅析67-74

    5.1.1 主梁有限元建模68-71

    5.1.2 主梁有限元模型加载及求解71-73

    5.1.3 查看求解结果73-74

    5.2 主梁结构拓扑优化74-77

    5.2.1 主梁拓扑优化原理及流程74-76

    5.2.2 主梁拓扑优化76-77

    5.2.3 拓扑优化结果浅析77

    5.3 优化前后主梁的强度刚度比较浅析77-80

    5.3.1 主梁拓扑优化结构重浅析77-80

    5.3.2 优化前后主梁比较浅析80

    5.4 本章小结80-81

    6 结论及展望81-83

    6.1 结论81-82

    6.2 展望82-83

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