工程最優(yōu)化設(shè)計的基本概念-資料下載頁
2025-06-24 23:58本頁面
【正文】 3個設(shè)計變量時，則稱為一般的三維空間；只有兩個設(shè)計變量時，則稱為二維平面空間．設(shè)計空間中的點稱為設(shè)計點。 (2)約束曲面（線）、約束界面（線）。約束有兩類，一類是等式約束，一般是平衡條件（如位移法典型方程）或變形協(xié)調(diào)條件（如力法典型方程），是結(jié)構(gòu)分析內(nèi)容，限于由它們來計算內(nèi)力、應(yīng)力和位移，因而不參與局部優(yōu)化過程，故在工程結(jié)構(gòu)優(yōu)他設(shè)計的數(shù)學(xué)規(guī)劃里一般只考慮不等式約束。如將不等式約束取等式，則可在設(shè)計空間里繪出一個個面或一條條線，這些面或線統(tǒng)稱為約束曲面（線）。約束界面（線）是由最嚴約束曲面（線）去掉重疊部分所聯(lián)成的曲面（線）。約束界面（線）將設(shè)計空間劃分為兩個區(qū)間，一為可行區(qū)，一為非可行區(qū)。在可行區(qū)中的點都滿足所有約束條件。 (3)目標函數(shù)等值面（線）。令目標函數(shù)等于不同的值，即可在設(shè)計空司繪出互相平行的一組面或線族。在同一個面或線上不同點，有相同的目標函數(shù)值，故各面或線稱為等值面或等值線，共同稱為等值面（線）族。 (4)最優(yōu)設(shè)計。設(shè)計空間中的任何一點，代表一個設(shè)計，稱為設(shè)計點。在可行區(qū)內(nèi)的任一點，代表一個可行設(shè)計，因為該點滿足所有的約束條件。在非可行區(qū)內(nèi)的任一點，代表一個非可行設(shè)計，因為它沒有滿足所有的約束．在約束界面上的任一點代表一個好的可行設(shè)計，因為該點使某些約束臨界。最優(yōu)設(shè)計點只能是約束界面與目標函數(shù)等值線相切或相觸的一點，因為該點不僅可行，而且使目標兩數(shù)值最小。任何一項工程設(shè)計總是要求在一定的技術(shù)和物質(zhì)條件下，能取得一個技術(shù)經(jīng)濟指標為最佳的設(shè)計方案。優(yōu)化設(shè)計就是在這樣一種思想指導(dǎo)下產(chǎn)生和發(fā)展起來的。在工業(yè)民用建筑中常見到的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、壓力容器韻薄壁結(jié)構(gòu)，在水工建筑中碰到的大壩結(jié)構(gòu)，如重力壩、拱壩、土石壩等，設(shè)計時，對其幾何邊界都有較大的選擇自由。因此，工程設(shè)計人員可對結(jié)構(gòu)賦予各種形式，結(jié)構(gòu)的形狀變化就很大。盡管工程結(jié)構(gòu)類型千姿百態(tài)，但都可以用設(shè)計參數(shù)確定。如果改變結(jié)構(gòu)類型的實際形狀，就有可能取得更好的經(jīng)濟效益，這種把設(shè)計擴大到包括結(jié)構(gòu)外形作為更進一步的變量，將使目前的設(shè)計水準提高一大步，如此有形狀設(shè)計變量的最優(yōu)設(shè)計叫形狀優(yōu)化設(shè)計。在確定設(shè)計參數(shù)時，既要使設(shè)計方案滿足預(yù)定的設(shè)計要求，又要使之具有優(yōu)良的技術(shù)性能指標，設(shè)計者往往需要經(jīng)過洋細的分析計算和比較，才能從幾個或多個可行方案中找出一個好的方案。但是若采用的計算工具比較落后，在完成這一設(shè)計過程時，設(shè)計者不得不依賴經(jīng)驗，以及類比、推理和直觀判斷等一系列智力過程。實際上，這是很難找出最優(yōu)設(shè)計方案的。另外，隨著新興科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，設(shè)計目標向著高速、高效、低消耗方向發(fā)展。傳統(tǒng)的設(shè)計方法已越來越適應(yīng)不了發(fā)展的需要。因此，近20年來，優(yōu)化設(shè)計技術(shù)在航空、機械、土建設(shè)計領(lǐng)域中發(fā)展很快。應(yīng)用計算機進行的最優(yōu)化設(shè)計具有如下特點： (l)設(shè)計遵循的原則與目的是使設(shè)計最優(yōu)。為了達到這個目的，就需要建立一個正確的反映設(shè)計問題的數(shù)學(xué)模型。(2)設(shè)計的方法是優(yōu)化數(shù)學(xué)方法。一個設(shè)計方案參數(shù)的調(diào)整是計算機沿著使方案向著更好的方向自動進行的，從而選出最優(yōu)方案。(3)設(shè)計的手段是計算機及計算機程序。由于計算機的運算速度快，分析一個設(shè)計方案以分計甚至以秒升，因而可以從大量的方案中選出最優(yōu)方案。如果設(shè)計過程不需要人參與，由計算機根據(jù)用戶需要編制的程序自動完成各個設(shè)計階段，直至完成并獲得最優(yōu)設(shè)計方案。這種以計算機為中心的設(shè)計方法稱為自動設(shè)計。但是在設(shè)計過程中，往往要求隨時審查計算結(jié)果和設(shè)計方案，并且要對設(shè)計模型做必要的修改。這種工作如果由設(shè)計人員運用設(shè)計經(jīng)驗和直覺知識完成，要比由計算完成得好，因而出現(xiàn)了一種人、機結(jié)合的交互式的作業(yè)過程，并且已成為當前設(shè)計領(lǐng)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的一個重要方向——計算機輔助設(shè)計(CAD)。 計算機輔助設(shè)計主要是利用圖像顯示系統(tǒng)作結(jié)構(gòu)形狀的修改。而結(jié)構(gòu)形狀的確定，一是依靠結(jié)構(gòu)結(jié)點坐標，二是依靠結(jié)點間構(gòu)件連接形式，改變結(jié)點坐標和結(jié)點間構(gòu)件連接關(guān)系，就相應(yīng)地改變了結(jié)構(gòu)的形狀。，說明最優(yōu)化設(shè)計和計算機繪圖在CAD中的重要地位。 發(fā)展計算機輔助設(shè)計技術(shù)，提高自動設(shè)計能力并和設(shè)計人員的創(chuàng)造性結(jié)合起來，使結(jié)構(gòu)設(shè)計盡可能程序化、理想化，進而實現(xiàn)結(jié)構(gòu)分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計、結(jié)構(gòu)制造一體化。
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