基于ANSYS的混凝土框架结构遗传算法优化

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结构优化对于实际工程中混凝土构件的耐久性、工程的质量、使用安全及资源的节约利用有着重要的影响,钢筋混凝土构件的优化研究可以显著减少工程成本节约资金和工时,具有重要意义。本文研究了基于ANSYS的遗传算法优化,探讨了基于ANSYS的遗传算法优化的基本原理,实现了MATLAB中对ANSYS批处理模式运算的调用和MATLAB与ANSYS程序间的数据传递。具体方法为先利用APDL语言构建参数化模型,在MATLAB中设置参数,通过MATLAB编写程序,传递给ANSYS并调用ANSYS批处理功能进行计算,计算结束后ANSYS输出结果的数据文件,由MATLAB自动处理并进行优化筛选。全部设置都可以在MATLAB中实现,实现了优化计算的自动化。并以十杆桁架的简单算例为例,使用基于ANSYS的遗传算法优化方法与ANSYS自带的一阶优化方法对满足受力及位移条件的杆件重量进行了优化计算和对比,验证了基于ANSYS的遗传算法优化的可行性和良好的优化效果。以此方法为基础,对较为复杂的两跨五层钢筋混凝土框架结构进行优化计算,在钢筋混凝土框架结构的优化中,以不同构件截面尺寸及配筋情况作为设计变量、以框架结构的总造价为整体目标函数,使用基于ANSYS的遗传算法优化方法与FMINCON非线性规划耦合进行优化计算。首先使用基于ANSYS的遗传算法优化方法对混凝土框架结构的各梁和柱的截面尺寸赋予初值,同时使用FMINCON非线性规划,根据得到的内力值进行配筋计算,而后通过遗传算法适应度函数予以优化。优化结果表明,采用基于ANSYS的遗传算法进行优化可节约造价,经比较,成本大幅降低。本研究表明,基于MATLAB遗传算法的优化效果比之ANSYS一阶优化效果更为理想。且该方法操作简便、适用范围广泛,在工程中亦具有较高的应用价值,且具有解决复杂工程技术问题的潜力。
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