Matlab優(yōu)化工具箱的工程結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算

結(jié)合非線性規(guī)劃理論和結(jié)構(gòu)可靠度優(yōu)化計(jì)算方法,用非線性規(guī)劃軟件lingo編制用于公路工程結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算的程序,并結(jié)合實(shí)例進(jìn)行分析、計(jì)算,結(jié)果合理可靠。該程序根據(jù)其它實(shí)際工程情況稍作改動(dòng),便可用于其結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算,值得推廣應(yīng)用。

為了優(yōu)化淤地壩壩高設(shè)計(jì),把產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益表達(dá)為由壩地生產(chǎn)效益、攔泥效益、建壩費(fèi)用、工程運(yùn)行費(fèi)用4個(gè)因素構(gòu)成的目標(biāo)函數(shù),考慮了淤地面積、攔泥、壩高、淤積年限和上游淹沒(méi)條件的約束,建立了淤地壩最優(yōu)壩高的數(shù)學(xué)模型。介紹了matlab優(yōu)化工具箱的使用方法,并用于求解優(yōu)化模型算例,結(jié)果表明:使用matlab優(yōu)化工具箱可以方便快捷地得出優(yōu)化結(jié)果,且輸入比較簡(jiǎn)單,能夠提高工作效率。

matlab優(yōu)化工具箱在鋼結(jié)構(gòu)截面優(yōu)化中的應(yīng)用——利用matlab優(yōu)化工具箱對(duì)鋼結(jié)構(gòu)截面進(jìn)行優(yōu)化，具有結(jié)果可靠、方便快捷等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)單、雙軸對(duì)稱組合工字形梁截面的優(yōu)化結(jié)果的分析，提出了在不同情況下，該兩種組合工字形梁各自的適用條件?！　?/p>

介紹了星齒行星傳動(dòng)的結(jié)構(gòu),建立了以體積最小進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型,簡(jiǎn)述了利用matlab優(yōu)化工具箱進(jìn)行優(yōu)化的方法,并通過(guò)實(shí)例對(duì)星齒行星傳動(dòng)加以優(yōu)化,達(dá)到了減小體積的目的。

有密封性要求的螺栓組聯(lián)接被廣泛地應(yīng)用在各種機(jī)械或容器中。為了達(dá)到最少化的消耗螺栓材料,達(dá)到節(jié)約成本的目的,以matlab為平臺(tái),建立了螺栓組聯(lián)接的設(shè)計(jì)模型,并利用matlab優(yōu)化工具箱中的fmincon函數(shù)較好地解決了螺栓組聯(lián)接設(shè)計(jì)問(wèn)題的最優(yōu)化問(wèn)題。

分析了機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)課程的性質(zhì)與特點(diǎn),討論了課程教學(xué)中存在的問(wèn)題,將matlab優(yōu)化工具箱用于機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的教學(xué),節(jié)省了編程調(diào)試的時(shí)間,能簡(jiǎn)便快捷地獲得可靠的優(yōu)化結(jié)果,學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得到激發(fā),解決問(wèn)題的能力得到增強(qiáng),教學(xué)質(zhì)量獲得了提高。

介紹了matlab語(yǔ)言以及優(yōu)化工具,對(duì)matlab優(yōu)化工具箱中具有的約束規(guī)劃作了細(xì)致的說(shuō)明,在優(yōu)化設(shè)計(jì)理論的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了一種優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型,主要是以人字架機(jī)構(gòu)的質(zhì)量最小為目標(biāo)函數(shù),該設(shè)計(jì)方法能有效解決機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題。

在研究蝸輪蝸桿傳動(dòng)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,以蝸輪的體積最小為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),提出了利用matlab的優(yōu)化工具箱對(duì)蝸桿傳動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法比較,該方法既滿足了強(qiáng)度要求,又大大減小了蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)的體積,提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。

通過(guò)工程界無(wú)數(shù)人員的長(zhǎng)期摸索和不懈努力，建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法已經(jīng)逐漸走向了成熟，尤其是在將概率論成功引入之后，建筑工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)也取得了質(zhì)的變化和突破性的進(jìn)展。本文對(duì)建筑工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)的實(shí)施方法進(jìn)行了一定程度的分析和探討，并針對(duì)其中的問(wèn)題提出了一點(diǎn)看法和總結(jié)。

\"工程結(jié)構(gòu)可靠度分析\"課程是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等專業(yè)課程的重要理論基礎(chǔ),涉及的概率與數(shù)理統(tǒng)計(jì)知識(shí)較多,具有邏輯性強(qiáng)、內(nèi)容枯燥等特點(diǎn),學(xué)生普遍感覺(jué)學(xué)習(xí)難度大。根據(jù)該門課程的特點(diǎn)與教學(xué)要求,文章分析了課堂教學(xué)中存在的主要問(wèn)題及成因,然后從課程教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化、教學(xué)方式的改變等方面進(jìn)行教學(xué)改革與實(shí)踐。實(shí)踐表明,改進(jìn)的教學(xué)方法激發(fā)了學(xué)生的積極性與主動(dòng)性,活躍了課堂氛圍,提高了學(xué)生的可靠度軟件應(yīng)用能力及動(dòng)手編程能力,增強(qiáng)了學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。

本文利用線性規(guī)劃方法建立解決大型工程項(xiàng)目土方調(diào)配的一般數(shù)學(xué)模型,進(jìn)一步提出使用matlab優(yōu)化工具箱解決復(fù)雜線性規(guī)劃問(wèn)題的方法。結(jié)合某大型公路項(xiàng)目實(shí)際,把土方調(diào)配問(wèn)題描述為可供求解的數(shù)學(xué)形式,針對(duì)所求解的問(wèn)題建立數(shù)學(xué)模型,通過(guò)對(duì)數(shù)學(xué)模型的研究,建立邊界約束條件,編寫matlab計(jì)算程序。調(diào)用優(yōu)化工具箱linprog函數(shù),解決大型工程項(xiàng)目復(fù)雜的土方調(diào)配問(wèn)題,獲得優(yōu)化的調(diào)配方案。

工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可靠度是工程設(shè)計(jì)預(yù)期目標(biāo)的衡量尺度,恰當(dāng)?shù)匕盐展こ探Y(jié)構(gòu)可靠度的相對(duì)一致性,既要維護(hù)結(jié)構(gòu)安全又要考慮其經(jīng)濟(jì)性。

工程結(jié)構(gòu)指利用鋼材、木材、磚石、混凝土及鋼筋混凝土等建造的工業(yè)與民用建筑的承重結(jié)構(gòu),公路與鐵路的橋梁、涵洞工程,港口工程的碼頭,水利工程的堤壩、渡槽、水閘,給排水工程的水池、水管等.

傳統(tǒng)的角接觸球軸承的設(shè)計(jì)是通過(guò)反復(fù)的試湊、校核,從而最終確定設(shè)計(jì)方案的,雖能滿足一般要求,但往往不是最佳的設(shè)計(jì)方案。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,為了進(jìn)一步地降低角接觸球軸承所受的摩擦阻力和減輕磨損,達(dá)到延長(zhǎng)使用壽命的目的,以角接觸球軸承所受摩擦力矩最小為優(yōu)化目標(biāo),建立優(yōu)化數(shù)學(xué)模型,并利用matlab軟件的優(yōu)化工具箱,對(duì)角接觸球軸承進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),結(jié)果表明達(dá)到了優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。

遺傳算法(ga)作為一種優(yōu)化算法,用于結(jié)構(gòu)可靠度分析,對(duì)目標(biāo)函數(shù)和約束條件沒(méi)有過(guò)于苛刻要求,利用matlab軟件,引入遺傳算法編制相應(yīng)程序,驗(yàn)證已知功能函數(shù)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度。工程實(shí)例計(jì)算表明,結(jié)合遺傳算法分析結(jié)構(gòu)體系可靠度,不受搜索空間的限制性假設(shè)的約束,不要求目標(biāo)函數(shù)具有連續(xù)性、可導(dǎo)等假設(shè),其結(jié)果與其他算法結(jié)果具有一致性。

針對(duì)傳統(tǒng)的遺傳算法容易產(chǎn)生早熟收斂現(xiàn)象以及局部搜索能力較差等缺陷,結(jié)合魚群算法中具有加快尋優(yōu)速度的追尾行為和克服局部極值能力較好的聚群行為對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。將改進(jìn)后的遺傳算法應(yīng)用到框架結(jié)構(gòu)的可靠度分析中,并以門式框架結(jié)構(gòu)為例,建立了以單元截面積、外荷載為設(shè)計(jì)變量,可靠度指標(biāo)為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化模型。分別采用jc法與改進(jìn)遺傳算法對(duì)門式框架結(jié)構(gòu)的可靠度指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比計(jì)算,兩種算法在同一驗(yàn)算點(diǎn)不同荷載值下的可靠度指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果相近,但改進(jìn)后的遺傳算法在分析過(guò)程中受到的約束條件較少,簡(jiǎn)單高效。

傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向梯形機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),一般采用作圖法和解析法,作圖法誤差較大,解析法計(jì)算量大。為此,采用matlab優(yōu)化工具箱對(duì)農(nóng)用運(yùn)輸車進(jìn)行轉(zhuǎn)向梯形的優(yōu)化設(shè)計(jì)。針對(duì)前置梯形和后置梯形兩種情況采用了fmincon函數(shù)和ga函數(shù)。通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)例的計(jì)算和分析,表明了matlab優(yōu)化工具箱對(duì)于解決農(nóng)用運(yùn)輸車轉(zhuǎn)向梯形的優(yōu)化設(shè)計(jì)這類實(shí)際工程約束最優(yōu)求解問(wèn)題是有效的,而且精度較高,計(jì)算量較小。

基于工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)理論,針對(duì)結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量指標(biāo)中的材料及制品的變異性,利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理,分析了質(zhì)量管理和控制中的有關(guān)問(wèn)題,并舉例說(shuō)明了質(zhì)量管理及控制方法。

基于工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)理論，針對(duì)結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量指標(biāo)中的材料及制品的變異性，利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理分析了質(zhì)量管理的方法和質(zhì)量控制中的有關(guān)問(wèn)題，并舉出實(shí)例說(shuō)明質(zhì)量管理及控制方法。

基于結(jié)構(gòu)可靠度分析方法—jc法、蒙特卡羅法和響應(yīng)面法的基本原理,利用matlab軟件對(duì)算例編制了相應(yīng)計(jì)算程序,并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較.計(jì)算結(jié)果表明,利用matlab可以編制結(jié)構(gòu)可靠度分析程序,計(jì)算結(jié)果較快,數(shù)據(jù)合理,并為復(fù)雜結(jié)構(gòu)的可靠性分析提供參考.

matlab工具箱介紹.

本文提出建筑工程結(jié)構(gòu)可靠性分析的未確知數(shù)學(xué)模，并通過(guò)實(shí)例證，在是合理的，相對(duì)于傳統(tǒng)的概率方法計(jì)算更簡(jiǎn)單，結(jié)果更合理，為可行度分析提供了一種新的模式。