吉林大学学报(工学版) ›› 2023, Vol. 53 ›› Issue (11): 3160-3165.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20211421

• 交通运输工程·土木工程 • 上一篇    下一篇

基于改进鲸鱼算法的结构可靠性优化设计

白丽丽1(),姜封国2(),周玉明2,曾枭2   

  1. 1.哈尔滨工程大学 航天与建筑工程学院,哈尔滨 150001
    2.黑龙江科技大学 建筑工程学院,哈尔滨 150022
  • 收稿日期:2021-12-22 出版日期:2023-11-01 发布日期:2023-12-06
  • 通讯作者: 姜封国 E-mail:lily0907@hrbeu.edu.cn;jiangfg123@usth.edu.cn
  • 作者简介:白丽丽(1977-),女,副教授,博士.研究方向:飞行器结构可靠性分析.E-mail:lily0907@hrbeu.edu.cn
  • 基金资助:
    黑龙江省自然科学基金项目(JJ2022LH0254);黑龙江省省属本科高校基本科研业务费项目(2020-KYYWF-0707)

Optimized design of structure reliability based on improved whale algorithm

Li-li BAI1(),Feng-guo JIANG2(),Yu-ming ZHOU2,Xiao ZENG2   

  1. 1.College of Aerospace and Civil Engineering,Harbin Engineering University,Harbin 150001,China
    2.School of Architecture and Civil Engineering,Heilongjiang University of Science and Technology,Harbin 150022,China
  • Received:2021-12-22 Online:2023-11-01 Published:2023-12-06
  • Contact: Feng-guo JIANG E-mail:lily0907@hrbeu.edu.cn;jiangfg123@usth.edu.cn

摘要:

针对鲸鱼优化算法(WOA)后期全局搜索能力不足等问题,提出一种基于自适应惯性权重和差分进化的改进鲸鱼优化算法(IWOA),并针对工程结构存在的外部载荷、材料强度等不确定性因素,将结构的系统可靠性引入优化设计中作为约束条件,对结构进行最小化重量优化。通过构建相关优化模型,对算例进行优化计算。结果表明:改进鲸鱼优化算法在基于可靠性的优化设计中,具有较快的收敛速度和较好的求解精度及稳定性,是一种有效的优化设计方法。

关键词: 鲸鱼优化算法, 自适应惯性权重, 可靠性优化, 桁架结构

Abstract:

In order to solve the problem of Whale Optimization Algorithm (WOA) in its lacking global search capability in the later stage, this paper puts forward an improved whale optimization algorithm (IWOA) based on cloud adaptive inertial weights and differential evolution. Besides, considering the uncertain factors of some uncertainty factors of engineering structures, such as external loads and material strength, the system reliability of structures is also used in the optimization design as a constraint condition to optimize the minimum weight of the structure. In addition, related optimization models are built to optimize the calculating examples. The results show that the improved whale optimization algorithm is featured by fast convergence speed, better solution accuracy and stability in the process of reliability-based optimization design. Therefore, it turns out to be an effective optimization design method.

Key words: whale optimization algorithm, adaptive inertia, truss structure, reliability optimization

中图分类号: 

  • TB114.3

图1

改进鲸鱼优化算法流程图"

图2

静定13杆桁架"

表1

静定13杆桁架结构优化设计结果"

杆件编号及 参数杆件横截面积/cm2
对偶规划法3WOAIWOA
1,719.0619.101919.0346
2,813.5613.703213.6251
3,9,12,1311.3711.354111.3802
4,1011.6611.615611.7029
5,113.6383.27133.3098
68.7298.78908.7251
重量/kg137.6136.9912136.9753
平均重量/kg-137.0867137.0247
标准差-0.07210.0261

图3

静定13杆桁架迭代关系曲线"

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