工程結構優化的方法與概念,結構工程論文構造是工程應用中很重要的一個環節，假如構造的不合理可能因而會導致構件的承載力不夠強或者是過于復雜的構造也會導致原材料的大量浪費。構造優化設計就是在知足使用要求的前提條件下，進行構造方面的調整，或者是減少原材料，或者是將構造簡化等步驟。傳統的構造優化設計主要是根據構造設計人員的經歷體驗進行判定，提出一些較為基本的方案，然后在根據一些判定方式方法進行優化直到知足為止。但是傳統的構造優化設計的缺點在于構造優化設計只能對非重要的承載構造進行調整，而且更為費事的，這種調整是牽一發而動全身的，很難以一步到位，這就需要設計師具有豐富的經歷體驗，并且也將花費甚大，而面對十分復雜的構造的情況下，這種優化設計幾乎無計可施。上世紀50年代，隨著電子計算機的發展，很多工程問題能夠再借助計算機而得以不斷的解決出來，如今常見的有限元分析方式方法，就是通過計算機建模加載一些參數，能夠得出構造體中某些部位受應力分布的情況，能夠在做大量的模型情況下選擇一種比擬滿意的結果。同時隨著數學規劃的引入，也給構造優化設計帶來了很大的便利，因而，將有限元分析方式方法和數學規劃有機的結合在一起，能夠在很短的時間內就能夠實現構造的優化設計。而與此同時，另一個優化理念－準則法被廣泛的使用，它是基于某種物理方面的性質而設立的，建立相應的迭代算式(屢次反復的重復計算)，計算結果直至收斂。后面引神經元網絡技術，其具有自適應性和自組織性的能力，能夠模擬人腦進行不斷的自我學習的經過，華而不實一種情況是模擬，用規定的形式進行學習和模擬，另外一種是僅僅限定某些學習的規則，并不直接提供經過，因而此方式愈加接近人腦的經過。1、大型構造優化設計1．1大型構造設計的要求好的構造設計是指在在正常施工和建設的狀態后，能知足如下的幾個要求:(1)安全性原則:無論如何的構造設計，在建設完成后，首要的問題即為安全，在正常的設計使用壽命之內，不能出現任何關乎到建筑構造安全的事故，即便是在存在突發狀況下，如發生地震、泥石流等自然災禍的情況下，不至于發生倒塌等的事故;(2)適用性原則:在使用的經過中，不能出現太多影響使用的問題，如墻體出現不可接受的大的裂縫、傾斜等事故。1．2大型構造優化設計的窘境盡管基于有限元的分析方式方法已經得到了普及，且對于特定的構造問題也有相當多的案例。優化理論和算法也日漸增加，但是事實上有限元分析法和優化方式方法的結合的使用方式方法在實際使用經過中卻并多見。一方面來講，隨著建筑方面的發展，越來越多愈加復雜的鋼構造正在不斷的被設計出來，與此同時，針對這些日益復雜的鋼構造的優化方案卻是屈指可數，并且更為棘手的是，隨著摩天大樓的不斷涌現，構造的優化設計做的不好，不僅會對整個建筑的安全產生較大的隱患，而且在經濟上來講，會造成較大的浪費。2、構造優化的方式方法構造優化的方式方法根據優化的層次不同可大致分為尺寸的優化、形狀的優化和拓撲構造的優化。其基本經過為假設、分析和屢次重新設計的一個經過，詳細即是為了找到一個構造的最合理的方案，需要對構造設計進行重新評估，對方案進行不斷的修改和優化，最終能夠實現獲取最優解的目的。華而不實尺寸優化的方式方法因其基本，正在逐步的被淘汰。而拓撲構造也將會是發展的趨勢。2．1尺寸優化在構造的類型、材料和布局等的幾何尺寸不變的情況下，優化各個組成構件的截面尺寸，使得構造最輕或者最為經濟而選擇的優化方式方法。優化的變量能夠為桿的橫截面積，可以為厚度或者為材料的方向角度等。在進行有限元計算的經過中，能夠利用數學規劃方式方法和敏度分析等就能夠進行對尺寸的優化。2．2形狀優化形狀優化的主要特征是研究怎樣確定構造的邊界形狀或者是內部的一些幾何形狀，進而能夠改善構造的特性。而確定幾何形狀的目的是為了降低應力的集中，或者是能夠改善應力的分布，這個也是解決因應力集中或者是疲憊導致的毀壞問題的一種非常有效的手段。2．3拓撲優化拓撲優化是構造優化的一種。構造優化可分為尺寸優化、形狀優化、形貌優化和拓撲優化。華而不實尺寸優化以構造設計參數為優化對象，比方板厚、梁的截面寬、長和厚等;形狀優化以構造件外形或者孔洞形狀為優化對象，比方凸臺過渡倒角的形狀等;形貌優化是在已有薄板上尋找新的凸臺分布，提高局部剛度;拓撲優化以材料分布為優化對象，通過拓撲優化，能夠在均勻分布材料的設計空間中找到最佳的分布方案。拓撲優化相對于尺寸優化和形狀優化，具有更多的設計自由度，能夠獲得更大的設計空間，是構造優化最具發展前景的一個方面。圖示例子展示了尺寸優化、形狀優化和拓撲優化在設計減重孔時的不同表現。3、構造優化的理念在分析經過中，需要在知足各種參數的情況下，并求出知足不同的約束條件，且使得目的函數能得到最小值的設計方式方法。(1)數學模型建立:根據需要分析的構造對象，對之進行相對應的數學建模。(2)變量的設計:變量即為能夠在某種程度上描繪敘述構造的量，包括設計截面的幾何參數等信息，能夠是柱的高度等等。變量又包括連續性變量和離散型變量，連續性變量能夠實現連續變化，而離散的則不能實現連續變化。(3)目的函數:通常能夠衡量設計好壞的一個較為重要的指標，能夠反響設計的性能，可以以反響一些經濟性能。(4)約束條件:通常能夠大致的分為幾何約束以及性態約束。通常幾何約束指的是在幾何尺寸等方面加以限制，幾何尺寸不會發生太大的變化。而性態約束通常是指的是構造的固有的一些性質，如震動頻率等不發生變化。4結束語構造優化設計的發展趨勢為:(1)拓撲構造的發展:從拓撲構造的構造優化設計的理念中可知，拓撲構造具有良好的發展水平，盡管正處于開場階段，但是已經展現出了良好的前景;(2)有限元計算和優化方式方法的結合:隨著有限元計算方式方法的功能日益強大，且隨著優化的計算方式方法的適用性更高層次，會對優化設計起到很大的輔助作用。構造優化設計是一個系統的經過，并且隨著計算機的性能提高和各種優化算法的提出，優化設計呈現快速發展的態勢。以構造動態響應為約束的動力優化設計具有特別現實的工程背景，它將成為今后廣為關注的一個前沿性課題。以下為參考文獻：［1］錢令希，程耿東，隋允康，鐘萬勰，林家浩．構造優化設計理論與方式方法的某些進展［J］．自然科學進展