水工建筑物優(yōu)化設(shè)計

重力壩優(yōu)化設(shè)計工作雖然開始得略晚,但發(fā)展相當(dāng)迅速,尤其是實體重力壩,在我國,只短短幾年即趨向成熟。重力壩優(yōu)化設(shè)計也有利用力學(xué)準(zhǔn)則法的(如上、下游邊緣應(yīng)力到限等),但絕大部分是把問題表達(dá)成尋求工程量(或工程費用,或壩斷面面積)最小的數(shù)學(xué)規(guī)劃問題。

泄水建筑物往往是擋水建筑物或其它主體建筑物的一部分,其優(yōu)化設(shè)計既涉及水流條件,又涉及本身結(jié)構(gòu)、周圍建筑物以及下游的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)指標(biāo),因此難以用單一目標(biāo)來衡量優(yōu)劣,且因流量的多變性和水流流態(tài)的復(fù)雜性,優(yōu)化設(shè)計有相當(dāng)?shù)碾y度。

蘇聯(lián)的EyTaKoB利用導(dǎo)數(shù)求挑射距離極大值的方法尋求懸臂式挑流鼻坎的最優(yōu)高度和最優(yōu)挑角,研究表明當(dāng)坎高在一定限度內(nèi),最大挑距實際上只是挑距對挑角的偏導(dǎo)數(shù)為零時的解,但亦應(yīng)滿足挑距對坎高偏導(dǎo)數(shù)為零的條件,從而求得問題的解。郝中堂和張土喬首次利用數(shù)學(xué)規(guī)劃方法來求解具有最高消能率的浪水建筑物設(shè)計參數(shù)。根據(jù)高低坎挑流碰撞空中消能率取決于二水股的碰撞角夕,因而可使拱壩高低坎挑流消能工鼻坎挑角的優(yōu)選問題成為:滿足最小挑距及保證碰撞約束條件下尋求刀最大的數(shù)學(xué)規(guī)劃問題,用罰函數(shù)解得這個二因素優(yōu)選問題。

拱壩是高次超靜定結(jié)構(gòu),體型選擇的自由度很大,因此,其體型優(yōu)化問題最早得到研究。這方面的研究大體上沿兩個方向發(fā)展,一是尋求力學(xué)性態(tài)最優(yōu)為直接目標(biāo)以工程量最省為間接目標(biāo)的準(zhǔn)則法,另一是把問題歸結(jié)為尋求工程量或工程費用最小時設(shè)計參數(shù)最優(yōu)組合的數(shù)學(xué)規(guī)劃法。這兩種方法在我國都得到應(yīng)用和發(fā)展,而且還發(fā)展了綜合方法。第一個把拱壩優(yōu)化設(shè)計問題歸結(jié)為數(shù)學(xué)規(guī)劃向題來求解的是澳大利亞的SharPe,用含有九個設(shè)計變量的兩個多項式來描述壩的中面形狀和厚度變化,在滿足應(yīng)力約束和體型約束(包括最小厚度和最大倒懸度)條件卞,尋求使壩體體積最小時上述九個變量的最優(yōu)組合。利用序列線性化方法解此非線性規(guī)劃問題,兩個棱柱形對稱梯形河谷上的拱壩作為算例,證明方法的有效性。研究表明不同的初始方案將有不同的優(yōu)化結(jié)果,說明存在局部最優(yōu)解問題,必要時需用多個初始點進(jìn)行試探,研究還表明,沒有一種特定的體型對各種條件都具有最優(yōu)性。

土石壩優(yōu)化設(shè)計研究得較少,大多是利用優(yōu)選法尋求抗滑安全系數(shù)最小值及其對應(yīng)的滑裂面參數(shù),這方面的論文和程序已提出不少,較早的有營梅谷和倪錕等,大都限于圓弧滑動面形式。

真正談得上土石壩優(yōu)化設(shè)計的是蘇聯(lián)的學(xué)者。Maksimovic在11屆國際大壩會議上提出關(guān)于土石壩心墻最優(yōu)位置的報告,考慮心墻受壩殼拱效應(yīng)作用,從提高心墻的抗裂性能和節(jié)省壩體材料觀點來看,報告認(rèn)為稍稍傾向下游的斜心墻比垂直心墻好,他是用彈性有限單元法進(jìn)行分析的。

水工建筑物課程背景

水工建筑物課程在水利水電工程專業(yè)人才培養(yǎng)中起著重要作用。水工建筑物是從水利水電工程事技術(shù)工作的基本技術(shù)要素。實踐表明，該課程對于學(xué)生從事水利水電工程的工作起到重要作用。因此，河海大學(xué)開設(shè)了水工建筑物課程。

水工建筑物課程定位

水工建筑物課程是水利水電工程專業(yè)的主干專業(yè)技術(shù)課，是一門專業(yè)性、實踐性很強(qiáng)的課程。該課程是后續(xù)各門專業(yè)課程如工程施工、壩工新材料新技術(shù)、地基處理、城市水利、工程監(jiān)理、壩工技術(shù)史等專業(yè)課程的基礎(chǔ)

前言

緒論 1

第一章　 優(yōu)化設(shè)計概述 5

第一節(jié)　 人字架的優(yōu)化設(shè)計 6

第二節(jié)　 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計問題示例 9

第三節(jié)　 優(yōu)化設(shè)計問題的數(shù)學(xué)模型 21

第四節(jié)　 優(yōu)化設(shè)計問題的建?；A(chǔ) 25

第五節(jié)　 優(yōu)化設(shè)計問題的基本解法 27

第二章　 優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 30

第一節(jié)　 多元函數(shù)的方向?qū)?shù)與梯度 31

第二節(jié)　 多元函數(shù)的泰勒展開 35

第三節(jié)　 無約束優(yōu)化問題的極值條件 37

第四節(jié)　 凸集、 凸函數(shù)與凸規(guī)劃 40

第五節(jié)　 等式約束優(yōu)化問題的極值條件 42

第六節(jié)　 不等式約束優(yōu)化問題的極值條件 46

第三章　 一維搜索方法 55

第一節(jié)　 概述 56

第二節(jié)　搜索區(qū)間的確定與區(qū)間消去法原理 56

第三節(jié)　 一維搜索的試探方法 59

第四節(jié)　 一維搜索的插值方法 62

第四章　 無約束優(yōu)化方法 67

第一節(jié)　 概述 68

第二節(jié)　 最速下降法 69

第三節(jié)　 牛頓型方法 73

第四節(jié)　 共軛方向及共軛方向法 75

第五節(jié)　 共軛梯度法 79

第六節(jié)　 變尺度法 83

第七節(jié)　 坐標(biāo)輪換法 91

第八節(jié)　 鮑威爾方法 92

第九節(jié)　 單形替換法 99

習(xí)題 103

第五章　 線性規(guī)劃 105

第一節(jié)　線性規(guī)劃的標(biāo)準(zhǔn)形式與基本性質(zhì) 106

第二節(jié)　 基本可行解的轉(zhuǎn)換 113

第三節(jié)　 單純形方法 118

第四節(jié)　 單純形法應(yīng)用舉例 122

第五節(jié)　 修正單純形法 139

習(xí)題 148

第六章　 約束優(yōu)化方法 149

第一節(jié)　 概述 150

第二節(jié)　 隨機(jī)方向法 152

第三節(jié)　 復(fù)合形法 156

第四節(jié)　 可行方向法 161

第五節(jié)　 懲罰函數(shù)法 171

第六節(jié)　 增廣乘子法 178

第七節(jié)　非線性規(guī)劃問題的線性化解法———線性逼近法 187

第八節(jié)　 廣義簡約梯度法 190

第九節(jié)　 二次規(guī)劃法 194

第十節(jié)　 結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法 196

第十一節(jié)　 遺傳算法 209

習(xí)題 214

第七章　 多目標(biāo)及離散變量優(yōu)化方法 216

第一節(jié)　 多目標(biāo)優(yōu)化問題 217

第二節(jié)　 多目標(biāo)優(yōu)化方法 219

第三節(jié)　 離散變量優(yōu)化問題 243

第四節(jié)　 離散變量優(yōu)化方法 245

習(xí)題 264

第八章　 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計實例 266

第一節(jié)　 優(yōu)化設(shè)計實踐應(yīng)用技巧 267

第二節(jié)　 機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 270

第三節(jié)　 圓柱齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計 273

第四節(jié)　 平面連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計 280

第五節(jié)　 汽車懸架系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計 284

第六節(jié)　 熱壓機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計 289

第七節(jié)　 月生產(chǎn)計劃的最優(yōu)安排 293

第八節(jié)　 運(yùn)動模擬器的優(yōu)化設(shè)計 295

附錄　常用優(yōu)化方法程序考核題及計算機(jī)

實習(xí)建議 300

附錄 A　 常用優(yōu)化方法程序考核題 301

附錄 B　 計算機(jī)實習(xí)建議 302

參考文獻(xiàn) 304

模糊穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計是指在一般模糊優(yōu)化設(shè)計的基礎(chǔ)上，計入設(shè)計變量和噪聲的波動對模糊約束條件穩(wěn)健性影響的模糊優(yōu)化設(shè)計尋優(yōu)思想本文。

"模糊穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計" 英文對照

firm fuzzy optimal design; fuzzy robust optimum design;

"模糊穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計" 在學(xué)術(shù)文獻(xiàn)中的解釋

在一般模糊優(yōu)化設(shè)計的基礎(chǔ)上，計入設(shè)計變量和噪聲的波動對模糊約束條件穩(wěn)健性的影響，這種模糊優(yōu)化設(shè)計尋優(yōu)思想本文稱為模糊穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計。應(yīng)用前述模糊約束條件穩(wěn)健性控制準(zhǔn)則，建立的模型就稱為模糊穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型。2100433B