基于离散变量桁架结构截面优化及软件实现

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1、-题提。出这的些序列在二求解次规桁划架法的截也面是积这优样化的时一取种得混很合大方的法成，功这。一我方国法钱在令大希连教理授工 大学被用来开发通用结构优化软件DDDU[12]。随着有限元数值模拟技术的日益成熟和广泛应用，人们开始尝试将 有限元结构分析方法与结构优化设计方法相结合，应用于计算机辅助设 计（CAD）中，建立高度智能化的优化专家系统成为了研究热点。 K.Schittkowski开发了人机交互的集成系统LAGRA-NGE，以支持结构优化导设用计户问定题义求优解化的问全题过、程定，义在约采束用类有型限及元约方束法值描、述设

2、结计构变后量，连该结系、优统化可算引法适当选的择优、化输算人法数和据在生发成生及错结误果时评给价出。弥该补系方统法可以自学习、利用规则建议[13]。到目前为止，就优化问题的难度来说，构件截面（尺寸）优化的理论遍并己取经得比一较定成的熟成，绩应；用拓也扑很优广化泛成；为形当状前优结化构在优某化些的领研域究内热应点用。已较为普 Dorn和Gomory提出的，采用基结构，作为解决结构拓扑优化的方法已得到广泛 认同和采纳[14]。1.2.3土木工程结构优化设计的现状结构优化设计方法作为一个新兴课题，目前的发展仍偏重于理论和 方法的研究，

3、实际应用远远落后于理论的发展，特别是在土木工程领域， 结构优化设计方法的应用还不普遍，究其原因，主要有：1由、于优结化构的设数计学中模的型约不束符条合件设复计杂规，范往的往要规求范中规定的不少系数或约 束，在优化模型中，往往不予考虑或作简化处理，但是设计人员是不能----满种近足似于获这得种的近解似，的可，能他只们是要原求问设题计的结局果部必最须优严解格，符而合非设全计局规最范优，解而。且这2第、一设，计现人行员的对规结范构和进规行程优还化没设有计要的求意采识用不优够化设计；第二，凭多年 的经验能设计出基本符合优化设计标准的结构

4、，不愿进行优化设计；第三于，工一程些不设出计事人故员；图第省四事，，设习计惯人员使不用熟传悉统结的构设优计化方的法理进论行与设方计法，只，对满结足 构优化设计的工程意义认识不够。3工、程需实要际研结究构高中效构的件离截散面变尺量寸优大化都算是法离散量，必须采用组合数学工 具来求解，这些组合的数学工具一般计算速度慢，计算结果不够精确，4----因而研究高效的离散变量优化算法具有特殊的现实意义。4现、有缺的少优设化计设人计员软乐件于一接般受不的能计满算足机结优构化设程计序的系要统求，即该软件要具 有有效的前后处理系统、合理的结构分析

5、系统、理想的构件设计系统等。因是开而发，结在构现优有化的软一件些的通一用条的捷大径型有限元分析软件上，二次开发优化模块[15]。1.2.3进行CAE软件结构优化模块二次开发的意义现代CAE技术的发展，使人们的分析领域扩展到了各行各业的每个 角落，但是，实际工程中，目前普遍使用的CAE软件中的优化模块基本上所都研是究通问用题的的，深它度们及不综能合完程全度适却合在一逐个步具提体高工，程问题的实际情况。人们 CAE软件优化技术的适应范围也必然随之扩展。随着CAE技术的发展，CAE中的优化设计也出现 了许多新的特点，如离散变量的优化问

6、题、多目标的优化问题以及结构 拓扑优化问题等等。为了得到更大的自主性，软件开发者在调研工程领域求的。整但体由需于求优后化，理也论在是不近断年地来完才善逐优渐化发模展块起，来以的适，应所不以断掌增握长了的计用算户机需应 用技术的软件人员并不一定掌握了最新的优化理论，这就使得他们不可 能将良好的设计理念贯彻到编程过程中。这就需要能将先进的优化设计理的优论化吸模收块采的纳基，础利上用，计针算对机不硬同件的和用支户持需软求件，系开统发所和提丰供富的新功的能优，化在模已块有， 即所谓的“二次开发”。由于经过二次开发的CAE优化软件具有良好

7、的----人域机，界从面而，提并高溶了入设了计大效量率专和业质量设，计更人员适的应经实验际，工拓程宽的了需工要程。中同的时优对化于领软件追公求司长来远说发，展创和建效出益科最技大含化量的高关、键市所场在竞。争由力此强可、见前，瞻性好的产品也是 CAE优化模块的二次开发具有重大的意义[16]。美国MSC公司开发的NASTRAN软件，是结构分析领域较权威性的分析果，工其具本，身它也所支拥持有离的散优变化量模优块化为，解但决是工程实际问题提供了必要的分析结 NASTRAN中采用的离散变量优化算法—向上圆整法、舍入法、保守设计法、正交实

8、验设计法等方法还是 存在不能获得离散变量优化最优解，或是计算效率不高，对多变量、多 工况问题处理能力不足的问题，而且工程设计人员采用NASTRAN软件进 行离散变量结构优化之前需要掌握专业的NASTRAN数据卡知识，这对土 木工程专业设计人员来说提出了过高的要求