基于快速群搜索算法的雙層球面網殼多目標優化

金晶+李麗娟+劉鋒+何嘉年

摘要：提出一種新的群智能算法，即多目標快速群搜索優化（MQGSO）算法，以雙層球面網殼為研究對象，進行結構節點最大位移最小化和結構質量最輕化的多目標優化設計，網殼優化后的Pareto前沿分布均勻且范圍較廣，分別對多目標優化和單目標優化后的結構進行多維地震作用時程響應分析。結果表明：多目標優化得到的結構優于單目標的優化結果，所提出的多目標快速群搜索算法能很好地實現復雜空間結構的多目標優化設計。

關鍵詞：雙層球面網殼；多目標優化；快速群搜索算法；時程分析；Pareto前沿

中圖分類號：TU318 文獻標志碼：A

0 引 言

近年來，大跨空間結構在體育館、航空港、火車站等公共建筑中得到廣泛應用，其形式包括網架結構、網殼結構、索結構、膜結構或混合結構等。與單層網殼相比，雙層網殼對于大跨度方案更具有優勢[1]，有關其抗震性能和穩定性的研究成果已有很多[2-3]。網殼結構屬于高次超靜定結構，遇到地震作用時，具有很強的隨機性，其動力性能和破壞機理與高層結構不同。網殼結構的優化設計一般會由多個目標控制，但是由于其結構的復雜性，這方面的研究非常有限，如對網殼結構的動位移進行的全局和局部優化[4]，對大跨網殼結構進行的模糊優化設計[5]，動力荷載作用下以節點最大動位移和塑性桿件比例進行的優化[6]等。傳統的結構優化方法以準則法和數學規劃法為主導，利用這類方法進行網殼結構優化設計的效果并不理想。……