[发明专利]一种基于萤火虫算法的窄基角钢输电塔结构优化设计方法

权利要求书

1.一种基于萤火虫算法的窄基角钢输电塔结构优化设计方法，该方法包括下列顺序的步骤：

(1)建立窄基角钢输电塔优化数学模型，该数学模型以输电塔总质量最轻为目标函数，以塔身杆件的强度、刚度和稳定性为约束条件，以输电塔的截面尺寸为设计变量；

(2)将窄基角钢输电塔设计方案的对应参数组负载于萤火虫上，萤火虫的位置与亮度由该对应参数组表示，对应参数组包括输电塔杆件截面尺寸和输电塔材料成本；

(3)采用萤火虫算法对输电塔杆件截面尺寸及输电塔材料成本进行优化分析并计算塔身杆件的承载能力，然后通过每个萤火虫个体的位置的更新和亮度的更新，达到在解空间中搜寻全局最优解的目的；

(4)搜寻结束后输出萤火虫种群的位置与亮度，将杆件截面积转化为确定输电塔设计方案的截面尺寸，该设计方案即为需要的总质量最轻的方案，对确定截面尺寸的杆件进行强度、刚度和稳定性校核，若强度、刚度和稳定性满足要求，则输出该输电塔杆件的截面尺寸优化设计方案，若不满足，则重新搜寻。

2.根据权利要求1所述的基于萤火虫算法的窄基角钢输电塔结构优化设计方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述优化分析的公式如下：

find d＝[A₁,A₂,…,A₁₃]

d^L≤d≤d^U

其中，d是设计变量，取所有杆件的截面积为设计变量；A₁,A₂,…,A₁₃是所有杆件的截面积；W是输电塔的材料成本；σ_i是所有杆件进行强度、刚度和稳定性校核的计算值；是所有杆件进行强度、刚度和稳定性校核的设计值；d^L和d^U分别是d的上下界。

3.根据权利要求1所述的基于萤火虫算法的窄基角钢输电塔结构优化设计方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述萤火虫亮度的表达式如下：荧光亮度：

I(r)＝I₀e^-γr

式中，I(r)为萤火虫在r处的荧光亮度；I₀为萤火虫的最大荧光亮度，即自身r＝0处的荧光亮度，与目标函数值相关，目标函数值越优自身亮度越高，即I₀由W决定，W是输电塔的材料成本；γ为光强吸收系数，为常数；r为萤火虫i与萤火虫j间的欧氏距离：

式中，r_ij为萤火虫i与萤火虫j间的欧氏距离；x_i为萤火虫i的位置；x_j为萤火虫j的位置；d为空间维数；x_i,k为萤火虫i在d维空间中的第k个分量；x_j,k为萤火虫j在d维空间中的第k个分量。

4.根据权利要求1所述的基于萤火虫算法的窄基角钢输电塔结构优化设计方法，其特征在于：在步骤(3)中，所述萤火虫位置的更新的公式如下：

x_i(t+1)＝x_i(t)+β[x_j(t)-x_i(t)]+αε_i

式中，x_i(t)为萤火虫i第t次移动后的位置；x_i(t+1)为萤火虫i第t+1次移动后的位置；α为步长因子，是[0,1]上的常数；ε_i为[0,1]上服从高斯分布的随机因子；r＝x_j(t)-x_i(t)，m≥1，β₀为最大吸引度，即光源r＝0处的吸引度，γ为光强吸收系数，m通常取值为2。