蚁群算法的改进及其在支撑系统布置优化中的应用

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随着智能算法在结构工程领域的发展,不少算法被引入并在各种benchmark问题上证明了其在结构优化问题的适用性,这些算法与传统方法相比有时在某些问题上拥有更佳表现。智能算法或其改进算法以高效、稳定、易用的优点被引入到结构优化设计领域的同时,越来越多的研究工作将智能算法在结构优化的应用推向更复杂、更贴近实际工程设计问题的方向。本文目的是探索智能算法在实际工程的立体框架上施行支撑系统拓扑优化的可行性。  本文以蚁群算法的其中一个改进版本为基础,针对该算法随着模型复杂性和解空间规模提高而在求解精度上显现的不足,通过修改搜索区间的缩减及移动规则、收敛条件和信息素浓度初始化规则,以该算法的主要公式和基本原理为基础,提出了新的改进蚁群算法。并通过在10杆、25杆简单桁架上运行的统计结果得出,改进后的算法求解精度受模型复杂性和搜索空间规模的影响明显小于原算法,但该改进由于并未对原算法的基本公式和核心原理做出修改,其更优的表现是以更多的迭代次数为代价。  本文以适当放大支撑系统对抗侧刚度贡献,便于突显优化结果对结构性能的影响为目的,先后通过改进的蚁群算法进行框架尺寸优化和支撑系统拓扑优化,并在将理论优化结果对称化处理为工程优化结果后,以工程优化结果对应结构模型为对象,与参考工程实际支撑布置方式的结构模型,一同进行模态分析与罕遇地震下的时程分析,通过两者在动力响应下的特点与对比证明优化结果的可用性,指出了本文优化结果在动力响应下的特点与不足,提出了进一步针对结构动力响应问题的优化工作的必要性,可为相关后续研究提供参考。
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