[发明专利]一种基于蚁群算法的输电钢管塔结构优化设计方法

说明书

一种基于蚁群算法的输电钢管塔结构优化设计方法。首先建立输电钢管塔结构优化数学模型，该数学模型以输电钢管塔结构的材料质量最轻为结构优化设计的目标函数；结合输电钢管塔的实际工作状态，确定结构优化设计的设计变量以及约束条件；采用蚁群算法来寻找蚁群位置和信息素浓度的全局最优解；当满足结束条件后输出全局最优解，将蚁群位置和信息素浓度的全局最优解转化为的输电钢管塔结构设计方案的相应结构参数，最后输出钢管杆的截面优选方案。本发明通过有限元法力学分析，满足《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T5154－2012)的使用要求，优化过程中具有不需要灵敏度、计算效率高和全局收敛性能好等优点。

【技术领域】

本发明涉及输电钢管塔结构优化技术领域，具体涉及一种基于蚁群算法的钢管杆截面及输电钢管塔材料成本优化方法。

【背景技术】

随着我国社会经济快速发展，国家推进城镇化建设步伐加快，城镇规划区以及城郊地区的线路走廊日益紧张，线路多经过城市绿化带，人行道等路径拥挤地段，与角钢塔相比,输电线路钢管塔具有风压小、刚度大、结构简洁、传力清晰,能够充分发挥材料的承载性能等优势,适合在荷载较大的铁塔中采用，在大荷载杆塔中推广应用钢管塔可有效降低塔重、基础重量及造价,减小杆塔根开,压缩线路走廊宽度,减少拆迁、植被破坏和林木砍伐,有利于节约资源和环境保护,具有显著的综合经济效益和社会效益。

但是钢管杆的钢材用量比较大，其材料费用在整个线路工程中所占的比例较高，怎样在保证钢管塔的承载性能的前提下，优化钢管杆的截面形式，即在保证安全性的前提下寻找最大的经济性是个诚需解决的问题。

现有输电塔结构优化设计方法还存在如下两种缺陷：

1)现有的输电塔结构优化设计方法对于多工况、多荷载下输电塔的优化设计结果收敛速度慢，优化速度慢，优化效率低。

2)现有的输电塔结构优化设计方法，优化步骤繁琐，对于塔型较为固定的输电塔，如钢管塔，缺乏操作简单、优化方式简洁又可在一定程度上满足工程实际要求的优化设计方法。

【发明内容】

针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种基于蚁群算法的输电钢管塔结构优化设计方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于蚁群算法的输电钢管塔结构优化设计方法，步骤如下：

1)首先建立输电钢管塔结构优化数学模型，该蚁群算法数学模型以输电钢管塔结构的材料质量最轻为目标函数，以输电钢管杆的强度和刚度为约束条件，以钢管杆的截面尺寸为设计变量；

2)将用于确定输电钢管塔设计方案的对应参数组负载于蚁群上，使蚁群的位置与信息素浓度由该参数组来表示，蚁群的位置与信息素浓度对应的不同参数组可以确定不同的钢管杆截面尺寸设计方案，每个位置和信息素浓度对应一种输电塔设计方案；

3)采用蚁群算法进行优化分析，通过对蚁群位置和信息素浓度的更新，来达到在解空间中搜寻全局最优解的目的；

4)当搜寻结束后输出全局最优解，该最优解由一组参数表示，将该组参数中的数据转化为确定输电塔设计方案的相应结构参数，该结构参数确定的输电塔设计方案即为需要的的输电钢管塔结构材料质量最轻的方案，最后输出钢管杆的截面尺寸优化设计方案。

进一步的，第3)步采用蚁群算法来搜寻蚁群的全局最优解，具体优化公式为：

s.t.

g_j(A_i)≤0j＝1,2,L,N_G