基于多目标元胞遗传算法的桁架结构优化设计.pdf

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1、第3期组合机床与自动化加工技术No．32015年3月ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechniqueMar．2015文章编号：10Ol一2265(2015)03—0016—05DOI：10．13462／j．cnki．mmtamt．2015．03．005基于多目标元胞遗传算法的桁架结构优化设计朱大林，张灯皇，郑晓东，王进学(三峡大学机械与动力学院，湖北宜昌443002)摘要：为了使桁架结构的设计更符合工程实际情况，建立了同时最小化结构总质量和节点位移的多目标优化模型。采用离散实数编码方式，

2、使多目标元胞遗传算法适用于优化模型的求解，同时改进了算法的交叉变异算子，使算法保持较好的全局探索和局部寻优能力。运用该算法对经典空间桁架优化问题进行求解，并与NSGA—II的优化结果进行对比分析，结果表明该算法获得的Pareto前端更加均匀，解的精度更高，极端点值域更广，是解决此类离散优化问题的有效算法。关键词：桁架结构；多目标优化；离散实数编码；元胞遗传算法中图分类号：THI22；TG659文献标识码：AOptimalDesignofTrussStructureBasedonCellularGeneticAlgorithmforMult

3、i-objectiveOptimizationZHUDa-lin，ZHANGDeng-huang，ZHENGXiao-dong，WANGJin-xue(CollegeofMechanical&PowerEngineering，ChinaThreeGorgesUniversity，YichangHubei443002，China)Abstract：Inordertomakethedesignoftrussstructuremoreaccordwiththeactualengineering，anoptimi-zationmodelwases

4、tablishedwiththegoalsoftheminimumstructuralmassandthenodaldisplacement．Basedondiscreterealnumbercoding，improvedsimulatedbinarycrossoverandpolynomialmutation，cellu—largeneticalgorithmformulti—objectiveoptimization(MOCel1)wassuccessfullyappliedtotheoptimalmodel，integratinge

5、xcellentabilityofglobalexplorationandlocalexploitation．Toevaluatethealgorithm，acomparisonwithNSGA—IIontheoptimizationproblemofthewell—knownspacetrusswasconducted．TheresultsindicatedthattheparetofrontofMOCellhadmoreuniformdistribution，higheraccuracyandwiderrangeoftheextrem

6、epoints．Itcouldsolvethiskindofdiscreteoptimizationproblemseffectively．Keywords：trussstructure；multi—objectiveoptimization；discreterealnumbercoding；cellulargeneticalgo-rithm以提供更加科学合理的方案。针对桁架结构多目标优0引言化问题的研究，一些国内外学者利用多目标进化算法桁架结构因其杆件主要承受轴向拉力或压力，从进行了求解。c．A．Coello等提出了一种基于min—而可

7、以充分发挥材料的强度，并且结构自重轻、造价低max优化的遗传算法，并将该方法成功应用于25杆空以及施工简单，因此被广泛的应用于建筑结构、桥梁设间桁架和200杆平面桁架的多目标优化设计。Luh和计、输电网架、施工支护等诸多方面。在给定的工况Chueh提出了利用细胞因子处理约束的免疫算法，通和约束条件下，合理的分配桁架结构中各杆件的横截过数值实验表明该方法可以作为求解结构优化的一种面积，使设计目标尽可能的优化，将具有重要的工程意手段。任凤鸣等使用群搜索算法对桁架结构进行多义。目标优化，该方法具有较快的收敛速度。虽然这些优目前，大多数学者对桁架

8、结构的优化研究主要化研究已经取得了一定的成果，但是设计出编码方式集中在以减轻结构总质量为目的的单目标优化方面。简单、全局探索和局部寻优能力较强的算法仍然是此然而，在许多实际工程结构中需要对桁架