基于遗传算法的平面直角刚架芯梁模型设计方法和系统

本申请涉及桥梁设计，尤其涉及一种基于遗传算法的平面直角刚架芯梁模型设计方法和系统，可用于部分大跨桥梁(分体箱梁)的风洞试验模型设计。

背景技术：

1、颤振作为一种发散性振动，在桥梁设计过程中需要严格避免。风洞试验作为大跨度桥梁颤振性能检验的必要手段，其模型的芯棒(模拟加劲梁刚度)设计合理与否直接决定风洞试验模型是否能准确反映真实桥梁性能。

2、为了提高桥梁颤振性能，分体箱梁被越来越多的作为加劲梁应用于大跨悬索桥的建设之中。针对此类桥梁的风洞试验模型的芯棒设计往往采用平面直角刚架的形式，需要确定多个控制参数：然而参数的选取往往依靠较强的经验性，设计后的模型属性也会与目标值有一定的差距。

3、现有技术中公布了大跨度双箱梁全桥气动弹性模型主梁芯梁构造形式。但是，其具有以下缺点和不足：对于各关键参数的选取依据未作提及；验证芯梁体系设计结果的指标较为单一；设计结果误差相对较大。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请的目的在于提出一种基于遗传算法的平面直角刚架芯梁模型设计方法和系统，本申请能够针对性的解决现有的问题，解决了设计方法参数选取困难的问题，解决了模型性能误差较大的问题。

2、基于上述目的，本申请提出了一种基于遗传算法的平面直角刚架芯梁模型设计方法，包括：

3、本申请提供了一种基于遗传算法的平面直角刚架芯梁模型设计方法，包括：

4、建立大跨度桥梁缩尺模型，得到风洞试验有限元模型的控制目标；

5、在有限元软件中建立关键参数控制的风洞试验有限元模型，选取初始数值，分析风洞试验有限元模型的动力特性并且导出模型属性；

6、在matlab中输入所述风洞试验有限元模型的模型属性和控制目标，通过遗传算法获取关键控制参数。

7、优选地，所述风洞试验有限元模型的模型属性为前20阶振动频率、对应的等效质量及惯性矩，所述控制目标包括桥梁侧弯、竖弯和扭转的正反对称基频、对应等效质量及惯性矩。

8、优选地，所述在matlab中输入所述风洞试验有限元模型的模型属性和控制目标，通过遗传算法获取关键控制参数，包括：

9、将各关键参数设置为优化变量，将导出的风洞试验有限元模型的模型属性和控制目标输入，由遗传算法在matlab中生成优化的各关键参数；

10、将新生成的关键参数应用于风洞试验有限元模型，导出风洞试验有限元模型的模型属性和控制目标，重复将各关键参数设置为优化变量，将导出的风洞试验有限元模型的模型属性和控制目标输入，由遗传算法在matlab中生成优化的各关键参数的步骤；

11、定义目标函数使所述遗传算法不断迭代优化，获取最优的平面直角刚架芯梁体系各控制设计参数。

12、优选地，所述目标函数f为：

13、

14、式中：pi为等i阶模型频率，pis为等i阶模型目标频率，mi为等i阶模型等效质量，mis为等i阶模型目标等效质量，n为模型阶数。

15、优选地，所述遗传算法中，将桥梁体系总质量作为约束条件。

16、优选地，所述遗传算法中，约束各基础振型所处阶数。

17、基于上述目的，本申请还提出了一种基于遗传算法的平面直角刚架芯梁模型设计系统，包括：

18、控制目标模块，用于建立大跨度桥梁缩尺模型，得到风洞试验有限元模型的控制目标；

19、模型属性模块，用于在有限元软件中建立关键参数控制的风洞试验有限元模型，选取初始数值，分析风洞试验有限元模型的动力特性并且导出模型属性；

20、优化模块，用于在matlab中输入所述风洞试验有限元模型的模型属性和控制目标，通过遗传算法获取关键控制参数。

21、总的来说，本申请的优势及给用户带来的体验在于：

22、(1)明确平面直角刚架芯梁体系设计中的控制设计参数数量；

23、(2)提出验证芯梁体系设计结果的综合指标；

24、(3)能够控制原有设计方法的误差，并能进一步检测等效质量和振型的准确程度。

技术特征：

1.一种基于遗传算法的平面直角刚架芯梁模型设计方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

8.一种基于遗传算法的平面直角刚架芯梁模型设计系统，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器运行所述计算机程序以实现如权利要求1-7任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。

技术总结本申请提供一种基于遗传算法的平面直角刚架芯梁模型设计方法和系统，可用于部分特殊大跨桥梁的风洞试验模型设计，包括步骤：建立大跨度桥梁缩尺模型，得到风洞试验有限元模型的控制目标；在有限元软件中建立关键参数控制的风洞试验有限元模型，选取初始数值，分析风洞试验有限元模型的动力特性并且导出模型属性；在MATLAB中输入所述风洞试验有限元模型的模型属性和控制目标，通过遗传算法获取关键控制参数。本申请的优势在于：(1)明确平面直角刚架芯梁体系设计中的控制设计参数数量；(2)提出验证芯梁体系设计结果的综合指标；(3)能够控制原有设计方法的误差，并能进一步检测等效质量和振型的准确程度。技术研发人员：杨詠昕,徐浩骏,胡雷挺,文思香,刘继久,葛耀君受保护的技术使用者：同济大学技术研发日：技术公布日：2024/8/16