[发明专利]一种基于GA-GLM的脐带缆截面自动分层布局优化算法

权利要求书

1.一种基于GA-GLM的脐带缆截面自动分层布局优化算法，其特征在于，步骤如下：

(1)简化脐带缆截面构件，将脐带缆截面构件简化为在同一平面内具有不同性质的圆盘；

(2)考虑实际脐带缆中各种功能构件的截面直径相差不大，假定各功能构件截面直径相同；

(3)提取设计变量，选取脐带缆平面内任一点为中心建立一个直角坐标系，假设脐带缆包含m根半径为R^S的钢管和n根半径为R^Q的电缆；基于所设定的坐标系，钢管和电缆截面的中心位置分别描述为和对于脐带缆截面布局优化问题可转化为以构件中心位置坐标为连续设计变量的优化问题；

(4)建立目标函数

优化目标函数f₁为：

f₁＝minR

基于截面构件的轴向拉伸刚度引入虚拟重力指标来描述截面布局的平衡性：

G＝EA

其中：E为弹性模量；A为截面面积；

脐带缆截面承载能力的平衡对称性取决于平行力系中心到截面几何中心的距离Δ，各构件的虚拟重力的合中心与截面中心的偏移距离关系为:

假设脐带缆的力学性能M_B与偏离距离之间的存在关系:

M_B＝ξ_B/Δ，

其中：ξ_B为力学性能的相关系数；为第i根钢管的虚拟重力向量；为第j根电缆的虚拟重力向量；优化目标函数f₂为：

f₂＝minΔ

由钢管相互接触引起的力学损伤量D_f描述，其为任意两钢管之间距离的函数表达式:

其中:ψ_f为力学性能的相关系数；优化目标函数f₃为:

f₃＝minD_f

通过加权系数将脐带缆截面布局多目标优化问题转化为单目标优化问题：min:f＝C₁·f₁+C₂·₂+C₃·₃，其中C₁+C₂+C₃＝1；

(5)建立约束条件

各个功能构件中心坐标变量所受到约束条件表示为：

设R^s＝R^Q＝r，C₁＝C₂＝C₃＝1/3，优化列式可表示为:

to find:X＝[(x_i,x_i),(x_j,x_j)](i＝1,2,…m；j＝1,2,…n),

(6)截面构件分层策略，脐带缆的功能构件的横截面是平面上的圆，通过求解可获得脐带缆的分层截面布局；

(7)在建立上述多目标优化模型后，根据相应求解流程得到所需解。

2.根据权利要求1所述的一种基于GA-GLM的脐带缆截面自动分层布局优化算法，其特征在于，所述步骤(6)中求解方法如下：求解通过两个圆心的连线的线性方程和两个圆的公共弦线方程得到两条直线的交点，该交点即两个圆的接触点标记为*；得到所有接触点后，采用最远点优先渐进算法构造出包含所有接触点的最小包围圆，称之为准分层圆；

为了确定分层圆内排列的圆的个数，引入比例系数C来控制设置；比例系数根据准分层圆内所有圆中心与准分层圆中心的距离d_i设置，从小到大排列记为Dis＝[d₁,d₂,…d_i](i＝1,2,…n)；如果第一层的圆的个数为3，则比例系数C＝Dis(3)；确定第一层的构件后，构建分层圆，然后剩余的构件被布置在第二层中，最后，可获得脐带缆的分层截面布局。

3.根据权利要求1所述的一种基于GA-GLM的脐带缆截面自动分层布局优化算法，其特征在于，所述步骤(7)中的相应求解流程为：首先用遗传算法在全局解空间范围内求解该问题的最优解，确定最优布局中各构件的中心坐标的可行解；然后以GA得到的可行解为初值，利用GLM进行快速精确求解得到整体截面布局；在得到截面整体最优布局之后引入分层策略，继续采用GLM算法进行优化从而得到脐带缆截面分层布局形式。