文档介绍：哈尔滨工程大学
硕士学位论文
遗传算法在结构可靠性优化设计中的运用研究
姓名:朱忠华
申请学位级别:硕士
专业:工程力学
指导教师:安伟光
20070114
摘要对验算点法的迭代过程提出了改进,使其具有更好的迭代效率和收敛关键词:结构可靠性;结构优化设计;遗传算法;收敛性;工具箱。基于可靠性的结构系统优化设计综合考虑到结构物的功能、经济性、可靠性和安全性,是结构优化设计的发展方向。然而,结构可靠性优化设计有一定的难度。遗传算法以达尔文的进化论和蒙德尔的遗传学理论为基础,是一种自适应启发式群体型概率性迭代式全局收敛算法,它不需要求导等辅助知识,只需要影响搜索方向的目标函数和相应的适应度函数,因而适用于复杂问题的求解。自基本遗传算法提出以来,。本文用改进的遗传算法进行结构可靠性的优化设计,并对这种改进的遗传算法的收敛性进行证明。本文的主要研究内容包括:用遗传算法工具箱揭示和再现遗传算法的特点,为后续遗传算法的改进提供依据。性。提出改进的遗传算法,用十进制编码,采用最优个体保留策略的遗传算法⑸杓屏讼嘤Φ囊糯阕印利用樟驳牧礁鲆话阈蕴跫っ髁的全局收敛性。哈尔滨檀笱学位论文
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盎盘聋学位论文原创性声明哈尔滨工程大学本人郑重声明:本论文的所有工作,是在导师的指导下,由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献等的引用已在文中指出,并与参考文献相对应。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者┳:期:年日日
第滦髀选题的意义和目的现今的结构物如飞船、火箭、舰船等具有复杂的结构和超冗余度,所受的荷载通常是随机荷载,经常需要在复杂恶劣的环境中作业,且需要具备复杂的功能,因此保证其足够的结构可靠性具有十分重要的意义。另一方面,在保证结构可靠性的同时,从经济角度和结构的使用性能考虑,又要求它们具有尽可能小的尺寸和重量,以便节省资源和成本,增加装载、提高速度和易于操纵。可靠性好、重量轻,这是一对需要解决的矛盾,需要对其进行优化。传统的结构分析,将结构参数和荷载当成确定值来考虑,不考虑参数及荷载的随机性。因此传统的结构优化设计也不考虑随机性,而是对结构进行确定性的优化设计。实践已经证明,:侠恚能反映结构物的真实工作状况。它是结构优化设计领域的一个新的分支,它考虑结构参数及荷载的随机性,以结构的可靠性作为约束,对于大量连续或离散型变量进行组合优化。在此类设计中,工程技术人员总是在追求可靠的最佳设计,从数学角度来说,可靠性优化问题就是以可靠性指标为约束函数的极值问题。可靠性优化将结构作为一个整体考虑,研究它在未来工作期问表现的随机性,即需要将结构元件面积、长度、弹性模量、结构强度和外载荷模拟为随机变量。在基于可靠性的结构优化设计中,把结构的可靠性指标作为优化问题的约束,使结构的重量或费用最小。对于结构物来说,最主要的要求是既安全可靠又经济合理。这种优化可以明显的提高设计质量和获得良好的经济效益,因此基于可靠性的结构优化设计成为目前国内外都在积极探索和研究的重要课题。在当前的可靠性优化设计中,通常采用准则法和数学规划法。这些算法往往有操作复杂、计算速度慢、不收敛或是得出局部最优解的可能。为了解决上述难点,本文将采用近年来迅速发展的一种新算法——遗传算法进行优化计算。采用随机有限元法分析结构响应,计算系统可靠性指标,再采用遗传算法来优化,以此探讨随机结构系统可靠性优化的方法。遗传算法是模拟生物遗传进化机制而发展起来的一静算法,它的基本思想来自的进化论““和的遗传学说““。遗传算法最仞是作为一种为了求解全局优化问题的数学方法而提出来的,由哈尔滨哟笱妒宦畚
丘叫的概率密度函数;糵。妇,怎一蚏的联合概率密度函数;:国内外研究、⒎⒄棺纯为随机变量、把失效概率限制在允许值已之内的一种设计工作。把失效概率弓躊向于它具有较强的并行处理能力,全局搜索和收敛快等特点,与传统的优化方法相比,遗传算法能够给出更好的结果,因而在结构优化设计中有着较大的优势和应用前景。结构可靠性分析将结构分析中涉及的参数视为随机变量,从概率和统计的角度研究结构在规定时间内,规定条件下完成规定功能的能力。工程结构可靠性是一门年轻的学科,它是由多学科交叉形成的新兴学科=峁箍煽性的发展历史大致如下:年,人们试图用概率统计理论把结构设计中的不确定因素定量化,分析结构的安全性,建立一种统一的