一种杆系构件截面自动优化方法及系统与流程

专利2025-04-24  16


本申请涉及结构智能设计,特别涉及一种杆系构件截面自动优化方法及系统。


背景技术:

1、杆系构件是工程建设领域最常使用的结构体系之一,例如钢桁主梁、钢架结构、贝雷梁等。杆系构件截面设计的传统方式一般是根据经验确定。当杆系构件截面参数不满足规范或规定要求时,需要设计人员手动进行调整和修改。这种方式不仅低效,还很难寻找到最优的截面参数,容易造成截面设计不合理现象,导致材料的浪费。


技术实现思路

1、本申请实施例提供一种杆系构件截面自动优化方法及系统,以解决相关技术中人工调整修改方式不仅低效,还很难寻找到最优的截面参数,容易造成截面设计不合理现象,导致材料浪费的问题。

2、第一方面,提供了一种杆系构件截面自动优化方法,其包括:

3、设置检算结果的设计目标,并作为构建条件,构建关于检算结果的损失函数;

4、基于所述损失函数,获取损失函数的梯度;

5、初始化杆系构件的截面参数,并基于设计荷载,获取所述杆系构件所受到的内力,基于所述截面参数和所受到的内力,获取检算结果;

6、基于损失函数的梯度、学习率、检算结果和截面参数,获取更新的截面参数,并返回至获取检算结果,直至满足迭代结束条件,并将最终的截面参数作为杆系构件的优化结果。

7、一些实施例中,所述检算结果包括杆系构件的截面积、截面最大应力和杆系构件所包含的板件截面最大宽厚比;

8、所述检算结果的设计目标包括:第一设计目标、第二设计目标和第三设计目标;

9、其中,所述第一设计目标为截面最大应力不超过第一允许值,所述第二设计目标为截面最大宽厚比不超过第二允许值,第三设计目标为在满足第一设计目标和第二设计目标的前提下,杆系构件的截面积达到极小值。

10、一些实施例中,基于损失函数的梯度、学习率、检算结果和截面参数,获取更新的截面参数,具体包括:

11、将检算结果代入损失函数的梯度中,并求取学习率与损失函数的梯度的乘积;

12、利用截面参数减去所述乘积,得到更新的截面参数。

13、一些实施例中,所述学习率取值范围为0.0001~0.001。

14、一些实施例中,所述学习率取值为0.0001。

15、一些实施例中,所述迭代结束条件包括所述损失函数变化幅度小于幅度阈值。

16、一些实施例中,所述幅度阈值为1×106。

17、一些实施例中,所述迭代结束条件包括迭代次数达到次数阈值。

18、一些实施例中,所述次数阈值为15次。

19、第二方面,提供了一种杆系构件截面自动优化系统,其包括:

20、第一模块,其用于:设置检算结果的设计目标,并作为构建条件,构建关于检算结果的损失函数;

21、第二模块,其用于:基于所述损失函数,获取损失函数的梯度;

22、第三模块,其用于:初始化杆系构件的截面参数,并基于设计荷载,获取所述杆系构件所受到的内力,基于所述截面参数和所受到的内力,获取检算结果;

23、第四模块,其用于:基于损失函数的梯度、学习率、检算结果和截面参数,获取更新的截面参数,并返回至获取检算结果,直至满足迭代结束条件,并将最终的截面参数作为杆系构件的优化结果。

24、本申请提供的技术方案带来的有益效果包括:

25、本申请事先构建损失函数,并进行反向传播,得到损失函数的梯度,然后初始化杆件截面参数,基于设计荷载,计算杆系构件内力;根据截面参数与杆系构件内力进行计算,得到检算结果;基于损失函数的梯度、学习率、检算结果和截面参数,进行梯度下降,得到新的截面参数;重复调节,直至截面优化达到迭代结束条件,最后将最终的截面参数作为杆系构件的优化结果。本申请可实现对杆系构件截面参数的自动优化,使杆件在满足强度、稳定、构造等要求的前提下,材料的用量尽量小,达到绿色低碳的目的,同时提高结构的经济性。



技术特征:

1.一种杆系构件截面自动优化方法,其特征在于,其包括:

2.如权利要求1所述的杆系构件截面自动优化方法,其特征在于:

3.如权利要求1所述的杆系构件截面自动优化方法,其特征在于,基于损失函数的梯度、学习率、检算结果和截面参数,获取更新的截面参数,具体包括:

4.如权利要求1所述的杆系构件截面自动优化方法,其特征在于:所述学习率取值范围为0.0001~0.001。

5.如权利要求4所述的杆系构件截面自动优化方法,其特征在于:所述学习率取值为0.0001。

6.如权利要求1所述的杆系构件截面自动优化方法,其特征在于:所述迭代结束条件包括所述损失函数变化幅度小于幅度阈值。

7.如权利要求6所述的杆系构件截面自动优化方法,其特征在于:所述幅度阈值为1×106。

8.如权利要求1所述的杆系构件截面自动优化方法,其特征在于:所述迭代结束条件包括迭代次数达到次数阈值。

9.如权利要求8所述的杆系构件截面自动优化方法,其特征在于:所述次数阈值为15次。

10.一种杆系构件截面自动优化系统,其特征在于,其包括:


技术总结
本申请涉及一种杆系构件截面自动优化方法及系统,其包括:设置检算结果的设计目标,并作为构建条件,构建关于检算结果的损失函数;基于所述损失函数,获取损失函数的梯度;初始化杆系构件的截面参数,并基于设计荷载,获取所述杆系构件所受到的内力,基于所述截面参数和所受到的内力,获取检算结果;基于损失函数的梯度、学习率、检算结果和截面参数,获取更新的截面参数,并返回至获取检算结果,直至满足迭代结束条件,并将最终的截面参数作为杆系构件的优化结果。本申请可以解决相关技术中人工调整修改方式不仅低效,还很难寻找到最优的截面参数,容易造成截面设计不合理现象,导致材料浪费的问题。

技术研发人员:邢龙飞,苑仁安,韩若愚,霍学晋,汪珍,汤港归,王哲尧
受保护的技术使用者:中铁大桥勘测设计院集团有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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