高性能優(yōu)化算法與結構模型修正的研究.pdf

1、結構模型修正技術已成功應用于機械、航天、汽車等領域（一般稱為“結構動力修改”）。土木工程結構模型修正與機械、航天、汽車等領域的動力修改基于相同理論基礎和技術思路，但土木工程結構本身的復雜性導致模型修正優(yōu)化問題的超規(guī)模和非線性，結構、材料和環(huán)境的不確定性和不均質(zhì)性導致模型修正參數(shù)區(qū)間甚至優(yōu)化目標函數(shù)具有不確定性，這些特點給土木工程結構的模型修正帶來了更大困難，由其在土木工程領域中的應用仍然面臨著巨大的挑戰(zhàn)。因此，本文對土木工程結構有限元模

2、型修正中的優(yōu)化算法、不確定因素的處理和土木工程結構大規(guī)模模型修正等相關問題進行了系統(tǒng)的研究，具體研究內(nèi)容如下：
　　針對結構模型修正的優(yōu)化問題，提出了三種優(yōu)化算法。（1）利用信賴域牛頓法搜索性能的高效性，以及混沌優(yōu)化算法的全局最優(yōu)性，提出一種混合優(yōu)化算法。該算法既克服了信賴域牛頓法容易陷入局部最優(yōu)點的缺點，又解決了混沌優(yōu)化算法搜索效率較低的問題。（2）分別從初始種群的確定、變步長搜索、自調(diào)節(jié)種群三方面改進了耦合局部最優(yōu)法，提出了自

3、適應耦合局部最優(yōu)法，使之具備解決多變量復雜優(yōu)化問題的能力。（3）在Tauchi優(yōu)化方法的基礎上，提出了模型修正的多目標優(yōu)化算法。通過引入種群分類機制及新的信噪比函數(shù)，使得Taguchi算法具有解決多目標優(yōu)化問題的能力。
　　針對具有半剛性節(jié)點結構的模型修正問題，提出一種混合梁單元。結構模型修正時，該單元可同時考慮半剛性節(jié)點所具有的轉動柔性及剪切柔性。此外，針對結構邊界條件的修正問題，提出一種參數(shù)化的修正方法。將結構邊界處的連接剛度

4、轉化為優(yōu)化變量，通過求解優(yōu)化問題實現(xiàn)對邊界條件的修正。
　　針對大型結構有限元模型修正問題，提出了基于模態(tài)綜合技術的模型修正方法。該方法首先得到縮減后結構模型的頻率與振型，并將該振型轉換為縮減前模型物理坐標下的振型；然后，采用縮減后模型的頻率、轉換后的振型共同構成模型修正的優(yōu)化目標函數(shù)，進而通過優(yōu)化求解實現(xiàn)結構的模型修正。該方法既提高了模型修正的計算效率，又保證了計算精度，從而使采用迭代方法修正大型復雜結構的有限元模型成為可能。<

5、br>　　考慮模型修正中不確定性因素對修正結果的影響，提出了基于模糊區(qū)間分析的模型修正技術。首先，將結構設計參數(shù)及模態(tài)識別參數(shù)分別考慮成模糊變量，從而可以利用區(qū)間分析方法確定修正參數(shù)的初始取值區(qū)間，并利用區(qū)間靈敏度分析選擇修正參數(shù)。然后，通過對目標函數(shù)的模糊化處理，得到目標函數(shù)在不同模糊程度下的修正結果，從而根據(jù)實際結構情況，確定出最符合實際物理意義的修正后模型。
　　本文最后采用東營黃河公路大橋的實際監(jiān)測數(shù)據(jù)對上述算法進行了驗證