一种Geiger型索穹顶结构鲁棒性优化系统技术方案

本发明专利技术公开了一种Geiger型索穹顶结构鲁棒性优化系统包括原始模型特征提取模块、传代模块、和结构鲁棒性筛选模块；所述原始模型特征提取模块，包特征提取子模块、以及优化空间提取子模块；所述筛选模块，用于对传代模块生成的种群中的每一个个体计算其适应度，并根据其适应度进行“物竞天择”的个体淘汰所述适应度包括结构鲁棒性维度，所述结构鲁棒性，采用结构鲁棒性指标评价，结构鲁棒性越好，结构鲁棒性指标越小。本发明专利技术采用的Geiger型索穹顶结构鲁棒性优化系统，由于结合了形状特征和截面面积特征，因此对于Geiger型索穹顶结构具有普遍的结构鲁棒性优化能力，对于原始模型体现出不同程度的优化效果。

【技术实现步骤摘要】
一种Geiger型索穹顶结构鲁棒性优化系统
本专利技术属于建筑设计领域，更具体地，涉及一种Geiger型索穹顶结构鲁棒性优化系统。
技术介绍
索穹顶结构发展至今，根据其布索方式的不同有着多种形态体系，如Geiger型、Levy型、Kiewitt型以及鸟巢型索穹顶等。Geiger型又称肋环型，Geiger型索穹顶结构由外及里逐圈张拉下斜索成形方案，是索穹顶结构中最为简单也是最常见的一种形式，每跨之间的脊索互不联系，因而整体性能较弱，且单榀桁架平面外稳定性能亦较弱。当前结构设计及施工中，就结构自身属性和结构自身所受作用的认知与判断而言，由其自身属性和所受作用先天的不确定性所带来的影响往往没有受到应有的重视。同时我们在研究结构特性时所用到的精确数学模型，也往往是从理想角度出发给予其一个较为理想的状态，而该结构与实际情况下所处的状态往往相去甚远。因此结构的安全问题成为了一个不稳定因素，有些弊病往往在结构使用了一段时间之后才开始浮现出来。另外如今随着社会的进步与发展，结构的形式也趋于不断变化：建筑材料越来越轻盈、建筑跨度越来越宏大、建筑结构越来越复杂、建筑效率越来越高。因此当所有的不确定性和变化要求不断的提升时，结构本身的不完善与不稳定也会随之放大，那么有可能在经历了一系列的自然因素影响乃至人为破坏的干扰后，结构将面临由于局部构件失效带来的整体破坏、或者由于局部设计参数偏差引起整体结构倒塌的严重后果。这些结构的倒塌多是由于结构遭受超越荷载、偶然性荷载的安全系数不够、施工几何偏差等原因引起，并最终由于蝴蝶效应导致结构失效进而带来的经济损失和人员伤亡。但是如果仅仅因为意外干扰、偶然的超载及突发荷载而大幅提高结构的设计标准是不经济的，在意外事件中要求一般结构保持完好是不现实的，同时要求人们对未来建筑结构面临的环境、材料、荷载等的彻底认知亦是不可能的。因此提高结构鲁棒性是一种合适的途径，即通过合理的拓扑、刚度设计，使结构对干扰不敏感，从而提高结构抵抗不相称破坏、不发生整体倒塌的能力。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种Geiger型索穹顶结构鲁棒性优化系统，其目的在于通过对Geiger型索穹顶结构的形状特征和截面面积特征进行整体优化，配合包含不同维度的关于结构鲁棒性的适应度，进行遗传优化，从而获得结构鲁棒性更加优异的Geiger型索穹顶结构模型，由此解决现有技术难Geiger型索穹顶结构的鲁棒性不佳，导致的以外时间中发生破坏、倒塌的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种Geiger型索穹顶结构鲁棒性优化系统，包括原始模型特征提取模块、传代模块、和结构鲁棒性筛选模块；所述原始模型特征提取模块，包括用于对原始Geiger型索穹顶结构提取包括形状特征和各类杆件的截面参数的优化变量的特征提取子模块、以及用于确定形状特征和各类杆件的截面参数优化空间的优化空间提取子模块；所述传代模块，以所述原始模型特征提取模块提取的原始Geiger型索穹顶结构的形状特征和各类杆件的截面参数，按照其参数优化空间编码遗传算法的初始种群，并根据结构鲁棒性筛选模块的筛选结果不断进行传代，直至传代次数达到预设的传代次数阈值；所述筛选模块，用于对传代模块生成的种群中的每一个个体计算其适应度，并根据其适应度进行“物竞天择”的个体淘汰，对种群中个体按照适应度越高入选几率越大的原则选择进入下一代种群，淘汰其他个体，将保留下来的个体返回给所述传代模块，并且当传代次数达到预设传代次数阈值时，将适应度最高的个体解码获得优化后的Geiger型索穹顶结构的形状特征和各类杆件的截面参数；所述适应度包括结构鲁棒性维度，所述结构鲁棒性，采用结构鲁棒性指标评价，结构鲁棒性越好，结构鲁棒性指标越小；所述适应度包括结构鲁棒性维度时，筛选模型记作：适应度为结构鲁棒性的倒数。优选地，所述Geiger型索穹顶结构鲁棒性优化系统，其所述特征提取子模块提取的形状特征包括：索穹顶结构模型的节点坐标特征，具体包括：撑杆顶部节点标高、撑杆高度、和/或环索半径；所述特征提取模块提取的各类杆件的截面参数为各类杆件的截面面积。优选地，所述Geiger型索穹顶结构鲁棒性优化系统，其所述优化变量为以下：撑杆顶部节点标高、撑杆高度、环索半径和各类杆件的截面面积。优选地，所述Geiger型索穹顶结构鲁棒性优化系统，其所述优化空间提取子模块，确定形状特征和各类杆件的截面参数优化空间，使得在优化空间内各类杆件应力不超过其材料屈服强度。优选地，所述Geiger型索穹顶结构鲁棒性优化系统，其各类杆件应力不超过其材料屈服强度为下限，各类杆件应力计算方法如下：首先基于索穹顶结构几何拓扑关系构建平衡矩阵A；利用矩阵理论求得平衡矩阵A的左奇异正交矩阵和右奇异正交矩阵，进而求得结构的独立机构位移模态和独立自应力模态；然后根据优化设计目标确定独立自应力模态组合系数，从而确定结构初始预应力设计值；最后根据实际工程中的荷载工况，计算使用过程中各杆件内力，除以各杆件截面面积即可求得各类杆件应力。优选地，所述Geiger型索穹顶结构鲁棒性优化系统，其所述传代模块包括编码子模块、以及迭代子模块；所述编码子模块用于将原始模型特征提取模块提取的原始Geiger型索穹顶结构的形状特征和各类杆件的截面参数编码为个体，并传递给所述传代子模块；所述传代子模块用于根据编码子模块获得的个体生成初始种群、或者根据所述筛选模块获得的适应度较高的个体生成下一代种群；所述生成下一代种群具体为，对初始种群或所述筛选模块获得的适应度较高的个体进行复制、交叉和变异获得下一代种群。优选地，所述Geiger型索穹顶结构鲁棒性优化系统，其对初始种群或所述筛选模块获得的适应度较高的个体进行交叉具体为：对复制后的个体进行编码交叉模拟遗传规律产生新个体并进入下一代种群；所述交叉概率优选为0.6～0.8。优选地，所述Geiger型索穹顶结构鲁棒性优化系统，其对初始种群或所述筛选模块获得的适应度较高的个体进行变异具体为：对复制后的个体按照变异概率对个体的编码进行随机替换或的新个体并进入下一代种群，所述变异概率优选为0.1～0.3。优选地，所述Geiger型索穹顶结构鲁棒性优化系统，其所述筛选模块包括适应度计算子模块和解码子模块；所述适应度计算模块，用于计算种群中每一个个体的适应度；所述解码子模块，用于将适应度最高的个体解码获得优化后的Geiger型索穹顶结构的形状特征和各类杆件的截面参数。优选地，所述Geiger型索穹顶结构鲁棒性优化系统，其所述适应度还包括Geiger型索穹顶结构的质量维度；所述适应度包括结构鲁棒性维度和Geiger型索穹顶结构的质量维度，筛选模型记作：适应度为结构鲁棒性指标的倒数，适应度阈值为结构鲁棒性超过结构鲁棒性阈值且Geiger型索穹顶结构的质量M不超过原始Geiger型索穹顶结构的质量M0。其中，SFi为形状特征，Ak为各类杆件的截面参数，IR为采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Geiger型索穹顶结构鲁棒性优化系统，其特征在于，包括原始模型特征提取模块、传代模块、和结构鲁棒性筛选模块；/n所述原始模型特征提取模块，包括用于对原始Geiger型索穹顶结构提取包括形状特征和各类杆件的截面参数的优化变量的特征提取子模块、以及用于确定形状特征和各类杆件的截面参数优化空间的优化空间提取子模块；/n所述传代模块，以所述原始模型特征提取模块提取的原始Geiger型索穹顶结构的形状特征和各类杆件的截面参数，按照其参数优化空间编码遗传算法的初始种群，并根据结构鲁棒性筛选模块的筛选结果不断进行传代，直至传代次数达到预设的传代次数阈值；/n所述筛选模块，用于对传代模块生成的种群中的每一个个体计算其适应度，并根据其适应度进行“物竞天择”的个体淘汰，对种群中个体按照适应度越高入选几率越大的原则选择进入下一代种群，淘汰其他个体，将保留下来的个体返回给所述传代模块，并且当传代次数达到预设传代次数阈值时，将适应度最高的个体解码获得优化后的Geiger型索穹顶结构的形状特征和各类杆件的截面参数；/n所述适应度包括结构鲁棒性维度，所述结构鲁棒性，采用结构鲁棒性指标评价，结构鲁棒性越好，结构鲁棒性指标越小；所述适应度包括结构鲁棒性维度时，筛选模型记作：/n...

【技术特征摘要】
1.一种Geiger型索穹顶结构鲁棒性优化系统，其特征在于，包括原始模型特征提取模块、传代模块、和结构鲁棒性筛选模块；
所述原始模型特征提取模块，包括用于对原始Geiger型索穹顶结构提取包括形状特征和各类杆件的截面参数的优化变量的特征提取子模块、以及用于确定形状特征和各类杆件的截面参数优化空间的优化空间提取子模块；
所述传代模块，以所述原始模型特征提取模块提取的原始Geiger型索穹顶结构的形状特征和各类杆件的截面参数，按照其参数优化空间编码遗传算法的初始种群，并根据结构鲁棒性筛选模块的筛选结果不断进行传代，直至传代次数达到预设的传代次数阈值；
所述筛选模块，用于对传代模块生成的种群中的每一个个体计算其适应度，并根据其适应度进行“物竞天择”的个体淘汰，对种群中个体按照适应度越高入选几率越大的原则选择进入下一代种群，淘汰其他个体，将保留下来的个体返回给所述传代模块，并且当传代次数达到预设传代次数阈值时，将适应度最高的个体解码获得优化后的Geiger型索穹顶结构的形状特征和各类杆件的截面参数；
所述适应度包括结构鲁棒性维度，所述结构鲁棒性，采用结构鲁棒性指标评价，结构鲁棒性越好，结构鲁棒性指标越小；所述适应度包括结构鲁棒性维度时，筛选模型记作：



适应度为结构鲁棒性的倒数。


2.如权利要求1所述的Geiger型索穹顶结构鲁棒性优化系统，其特征在于，所述特征提取子模块提取的形状特征包括：索穹顶结构模型的节点坐标特征，具体包括：撑杆顶部节点标高、撑杆高度、和/或环索半径；所述特征提取模块提取的各类杆件的截面参数为各类杆件的截面面积。


3.如权利要求2所述的Geiger型索穹顶结构鲁棒性优化系统，其特征在于，所述优化变量为以下：撑杆顶部节点标高、撑杆高度、环索半径和各类杆件的截面面积。


4.如权利要求1所述的Geiger型索穹顶结构鲁棒性优化系统，其特征在于，所述优化空间提取子模块，确定形状特征和各类杆件的截面参数优化空间，使得在优化空间内各类杆件应力不超过其材料屈服强度。


5.如权利要求4所述的Geiger型索穹顶结构鲁棒性优化系统，其特征在于，各类杆件应力不超过其材料屈服强度为下限，各类杆件应力计算方法如下：
首先基于索穹顶结构几何拓扑关系构建平衡矩阵A；利用矩阵理论求得平衡矩阵A的左奇异正交矩阵和右奇异正交矩阵，进而求得结构的独立机构位移模态和独立自应力模态；然后根据优化设计目标确定独立自应力模态组合系数，从而确定结构初始预应力设计...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈联盟，章禾，朱雪雷，刘毅杰，姜智超，周一一，张福勃，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33