[发明专利]冷弯钢构件截面尺寸优化系统及方法、信息数据处理终端

说明书

本发明属于计算机辅助设计技术领域，公开了一种冷弯钢构件截面尺寸优化系统及方法、信息数据处理终端，输入模块，用于输入数据的背景及格式；输出模块，用于实现输入数据的转换。通过优化可以得到极限承载力最大值的截面面积，同样反过来给出的极限承载力，可以优化出其对应的最小横截面面积的构件冷弯钢。本发明通过优化为设计人员在冷弯钢施工过程中节省用钢量，提高经济效益；采用MATLAB自带的遗传算法工具箱进行优化，能够优化寻找目标函数值而且速度快；数据的准确性高；操作简单易懂，采用遗传算法GUI界面，直接在上面进行操作设置；系统稳定性好，在运行过程中可以准确得出结果，当出现问题时，显示出现错误的原因。

技术领域

本发明属于计算机辅助设计技术领域，尤其涉及一种冷弯钢构件截面尺寸优化系统及方法、信息数据处理终端。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：汕头大学黄冀卓研究表明局部、整体和畸变屈曲的承载力可伴随着截面尺寸的变化而变化。王海明等研究人员取冷弯薄壁Z型钢构件的卷边角度为90°与45°，发现卷边角度的变化，不但使Z型钢截面属性发生变化，而且能改变卷边与翼缘之间的约束关系，使构件畸变屈曲承载力随之发生相应变化。卞中涛对冷弯薄壁Z型钢在截面形状参数发生变化时，分析极限承载力的变化情况，并通过有限条软件以及Abaqus仿真进行了比较分析。上海大学叶志明团队通过对Z型檩条进行优化面积尺寸，得到了很好的优化效果。现有的技术很多都采用从已知一个截面尺寸中得到它对应的极限承载力，或者对列举的范围内的很多个截面尺寸进行一一计算，从而分析得到其中最优的截面，这样得到的结果耗时耗力，主要是很多没有采用优化算法结合MATLAB或者其他高级语言的计算程序进行编程来寻找最优截面；还有本专利还特别提出这样的很前沿的优化技术，就是对于提供极限承载力，在截面尺寸不知道的情况下，去优化寻找最小面积所对应的最优截面尺寸上述都没有涉及到。

现有技术通过从北美规范(AISI S100-2007)中有关对计算冷弯型钢构件承载力的直接强度法公式，但是公式仅仅只有常用的C、Z型，其他形状没有；程序引入MATALB遗传算法的优化过程中，由于遗传算法是寻找几乎最优的参考值，所以每一次优化进行时，得到的结果是很接近的；对C、Z型的优化是在轴压以及纯弯简支时的条件下进行的，还不能进行固支的优化。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有技术通过从北美规范(AISI S100-2007)中有关对计算冷弯型钢构件承载力的直接强度法公式，但是公式仅仅只有常用的C、Z型，其他形状没有。其他形状没有的话，比如L，U等形状要应用的话，只能靠不断地实验得到或者才有限元进行近似求解，但这些形状不像C、Z型应用很广，只是少量的使用。

(2)程序引入MATALB遗传算法的优化过程中，由于遗传算法是寻找几乎最优的参考值，所以每一次优化进行时，得到的结果是很接近的，但问题在于用户不清楚的情况下，还以为继续很多次操作能得到最优结果，其实结果几乎可以忽略不计，误差很小。

(3)对C、Z型的优化是在轴压以及纯弯简支时的条件下进行的，还不能进行固支的优化。问题在于进行固支计算时，只能靠不断地实验得到或者才有限元进行近似求解了。

解决上述技术问题的难度和意义：直接强度法是北美规范，通过科研人员通过很多实验得到的数据，以及采用钢结构原理等相结合，总结出的经验公式，北美的钢结构都是以它为标准，公式得出的结果跟实验很接近，而且得到北美乃至全世界的认可。就C、Z型的直接强度公式就花了很多时间而且精力，主要是在冷弯钢中它们运用比较多，其他形状相对比较少，所以没有进行研究。从遗传算法可以看出，遗传算法是一种近似优化算法，也叫随机优化算法，它的每个解都是近似最优，不能保证是全局最优。这些特点，决定了遗传算法的每次结果很有可能都不相同，但是优化的每次结果之间的误差很小。对边界固支的设置，它的局部畸变屈曲公式没有，简支的公式都是通过国外科研人员大量的实验等得出的近似公式，对于固支方面的研究可以为以后的科研人员进行不断地探讨研究。

发明内容