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时间:2019-03-08
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1、浙江工业大学硕士学位论文门式刚架轻型钢结构优化设计研究姓名:汪洋申请学位级别:硕士专业:结构工程指导教师:赵滇生20060414门式刚架轻型钢结构优化设计研究摘要在轻型房屋钢结构体系中,门式刚架具有施工快、造价低、扩建灵活、维护费用低和单一供货责任等优点,其用途十分广泛,在工业建筑市场上占主导地位。但是不合理的建筑尺寸往往会导致结构用钢量的增加。本文系统地分析研究了门式刚架钢结构的特点,在此阶段,以有限元为基础,借助大型有限元ANSYS面向对象程序设计技术进行优化设计,研究基于功能强大的ANSYS作结构优化设计的问题:提出有效的设计变量、优化目标函数(以降低结构重量
2、、充分发挥材料性能为目标),编写APDL优化程序控制文件,在ANSYS程序上实现门式刚架结构优化设计。针对不同建筑尺寸和布局、不同荷载的门式刚架体系做了分析,并根据分析结果提供了有关合理设计的建议。本文以变截面门式刚架为研究对象,以门式刚架结构体系用钢量最少为目标函数,借助大型有限元程序ANSYS面向对象程序设计进行优化,得出结构优化次数与结构用钢量、截面尺寸的关系,为实际工程设计提供有益的参考资料。另外,本文尝试运用一种人工智能性算法一遗传算法,对变截面门式刚架结构进行优化设计。在进行遗传算法时,采用两种编码方式(二进制和浮点数),并且分别按照相应于两种编码方式的
3、遗传算子(选择、交叉、变异算子)。结果表明,在满足规范的各种约束条件下,优化设计可以降低用钢量,效果明显,有很好的工程实用意义,可以在类似的结构中推广应用。关键词门式刚架,优化设计,遗传算法,ANSYSSTUDYoNTHEOPTIMIZATIONDESIGNOFLIGHTPORTALFRAMESTRUCTURESABSTRACTTheportalframebuildingoflightsteelstructure,havewidelybeenusedwithlessconsumptionofsteel,andhaveobviousadvantageontheperi
4、odoftheconstructionwithcomparisontothereinforcedconcretestructures.Itisimportantforthismetalbuildingsystemsthatconstructlighter.Thispaperdiscussesthecharacteristicsoftheportalframebuildingconstrueterandstudiesoptimizationmethodtodesignthem.Thesystematicanalysisoftheportalframessteelstr
5、ucturalcharacteristicsisdoneinsection2.Andinsection3andsection4,thestructuraloptimizationdesignisintroducedbasedontheprinciplesoffiniteelementanalysis(FEA)andthetechnologyofObjectOrientedProgramming(OOP)inthesoftwareANSYS.BasedonthepowerfulANSYS,somestructuraloptimizationdesignproblems
6、:effectivedesignvariables,optimizationobjectivefunction(toreducestructuralweight,givefullplaytomaterialsperformancetargets)etc,wasproposed.TheAPDLoptimizeprogrammedcontroldocumentationproceduresinANSYSforachievingportalframesstructuraloptimizationdesign。Fordifferentsizeandlayoutofthebu
7、ilding,thedifferentloadsystem,andbasedontheresultsoftheanalysisreasonableearlydesignproposalswereprovided.Thedissertationestablishesmathematicalmodelbyregardingtheleaststeelconsumptionasgoalfunction,eachmemberinthecriticalloadsatisfyingstrength,rigidity,wholestability,localstabilitya
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