定義:
科技名詞定義中文名稱:結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計;
定義:工程結(jié)構(gòu)在滿足約束條件下按預(yù)定目標求出最優(yōu)方案的設(shè)計方法;
應(yīng)用學(xué)科:水利科技(一級學(xué)科);工程力學(xué)、工程結(jié)構(gòu)、建筑材料(二級學(xué)科);工程結(jié)構(gòu)(水利)(三級學(xué)科);
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傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計,實際上指的是結(jié)構(gòu)分析,其過程大致是假設(shè)-分析-校核-重新設(shè)計。重新設(shè)計的目的也是要選擇一個合理的方案,但它只屬分析的范疇;且只能憑設(shè)計者的經(jīng)驗作很少幾次重復(fù)以通過“校核”為滿足。結(jié)構(gòu)優(yōu)化指的是結(jié)構(gòu)綜合,其過程大致可歸納為:假定-分析-搜索-最優(yōu)設(shè)計四個階段。其中的搜索過程是修改并優(yōu)化的過程。它首先判斷設(shè)計方案是否達到最優(yōu)(包括滿足各種給定的條件),如若不是,則按某種規(guī)則進行修改,以求逐步達到預(yù)定的最優(yōu)指標。
發(fā)展簡史:
結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的設(shè)想由來已久。J.C.麥克斯韋于1854年和J.H.米歇爾于1905年就曾研究過在不加任何形狀約束條件下桁架式結(jié)構(gòu)的最優(yōu)布局問題。他們的工作在理論上有一定意義,但所得結(jié)果往往在工藝上無法實現(xiàn)。
到20世紀40年代,在航空結(jié)構(gòu)的構(gòu)件設(shè)計中提出了所謂“同步極限”準則,即認為一個構(gòu)件的最優(yōu)設(shè)計,應(yīng)使它在受力后各部分都同時達到極限狀態(tài)。求解方法一般采用經(jīng)典的受等式約束的函數(shù)極小化理論。
但是這種方法只能處理一些簡單的問題,例如,處理形狀簡單的薄壁結(jié)構(gòu)部件的優(yōu)化問題。此外,還曾提出滿應(yīng)力設(shè)計準則,即認為最優(yōu)結(jié)構(gòu)的每一部件的應(yīng)力應(yīng)在至少一種工況下達到它的容許限值。對于靜定結(jié)構(gòu),這個滿應(yīng)力準則是不難實現(xiàn)的,但是對于靜不定結(jié)構(gòu),滿應(yīng)力設(shè)計需要經(jīng)過多次的反復(fù)分析和修改才能完成,在還沒有電子計算機的時代,這是很難實現(xiàn)的。60年代初,出現(xiàn)了現(xiàn)代化的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計理論和方法,它是以利用電子計算機為基礎(chǔ)的。