基于单目标形状优化的自由曲面空间结构形态的创建.pdf

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1、第42卷第7期建筑技术开发Vo1．42．No．72015年7月BuildingTechniqueDevelopmentJu1．20l5基于单目标形状优化的自由曲面空间结构形态的创建杨兴民，邢民，刘敏(中国中建设计集团有限公司，北京100037)[摘要]自由曲面结构形态其形状的优化基于灵敏度分析，采用基于响应曲面的形状优化法对自由曲面进行结构形态的创建。利用单元目标优化算法一—序列二次规划算法中的NLPQL算法进行分析，结合响应曲面法用于拟合目标函数生成几个自由曲面的空间结构形态算例。优化后的自由曲面结构形态性能良好。[关键词]空间结构；自由曲面；结构优化；响应曲面法[中

2、图分类号]Tu3l1[文献标志码]A[文章编号]1001—523x(2015)07_Jo014—04SINGLEoBJECTIVESHAPEoPTIMIZATIoN．BASEDCREATIoNoFFREECAMBERSPACESTRUCTURESHAPEYangXing-min，XingMin，LiuMinI-Abstract]Shapeoptimizationoffree。formsurfacestructureISbasedonsensitivityanalysisandiscreatedusingresponsesurface—basedshapeoptimiza

3、tionmethod．Unitobjectoptimisticalgorithm，NLPQLalgorithmofsequencequadraticplanningalgorithmandresponsesurfacemethodareusedtofittheobjectfunctionandtogenerateseveralalgorithmcasesforfree-fromspacestructure．Itshowsthattheoptimizedfree-formsurfacestructurehasfavorableperformance．EKeywords]s

4、pacestructure；free—formsurface；structureoptimization；responsesttrfacemethod结构形态的数值生成是结构形态创建的一生成灵活的自由曲面，然后对所生成的自由曲种方式，现阶段将结构优化的思想用于结构形面进行形状优化。态的创建过程是目前空间结构形态数值生成的1结构优化算法NLPQL一个重要方面。实际工程中往往是建筑师首先1．1结构优化基本流程通过对建筑功能需求和美学的研究提出一个建结构优化设计是一门交叉学科。一方面，筑形式，结构工程师再对此建筑形式进行实现。需要研究结构设计，属于工程学的范畴；另一方引入结构

5、优化的思想后，可以对建筑师提出的面，它采用的主要计算方法属于现代数学的一个建筑形态进行结构性能的优化，从而得到既满分支——运筹学。所以结构优化设计基本流程主足建筑功能和意向需求，同时又非常合理的结要包括两个方面：(1)建立优化设计问题的数构形态。本文主要通过结构优化当中的形状优学模型；(2)选择恰当的优化方法与程序。建化来创建结构形态，即先通过非均匀有理样条立结构优化设计的数学模型有三大要素：设计变量、目标函数和约束条件。收稿日期：2015~)5—12作者简介：杨兴民(1979一)，男，河北沧州人，博士，高级设计变量即在优化过程中所要选择的量，工程师，主要从事工程结构设

6、计和抗震研究。14第42卷杨兴民，等：基于单目标形状优化的自由曲面空间结构形态的创建第7期优化的目的是要寻找这些变量的最优组合。称SLP)。若将目标函数转化为二次型，而约设计变量通常有连续变量和离散变量。目标函数束条件为线性式的近似子问题，以逐步逼近的即人们用来衡量设计好坏的一种指标，从目标方法来求解，这种方法则称为序列二次规划法函数的数量上分，可分为单一目标和多目标，(SequentialQuadraticProgramming，简称SQP)。多目标往往使各个目标之间存在矛盾，此时只NLPQL(Non-linearProgrammingbyQuadratic能尽量找到

7、问题的满意解。约束条件指在结构Lagrangian)算法是一种序列二次规划法，它将设计中应当遵守的条件，如应力约束、位移约束、目标函数和约束条件按泰勒级数展开，目标函数稳定性约束、动力特性约束等，可分为等式约取前二阶，约束条件则取一阶，以此来构造二次束和不等式约束。通过分析优化问题得到设计规划子问题，以这个子问题的解作为迭代的搜索变量、约束条件和目标函数后便可建立如下数方向并沿该方向作一维搜索，最终逼近原问题的学模型。近似约束最优点。序列二次规划算法在迭代的过求设计变量向量程中不仅利用了目标函数和约束函数的函数值信=](1)息及一阶导数信