系統識別號 | U0002-1408201421492600 |
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DOI | 10.6846/TKU.2014.00460 |
論文名稱(中文) | 應用調和搜尋演算法於結構最佳化之研究 |
論文名稱(英文) | A Study of Harmony Search Algorithm for Structural Optimization |
第三語言論文名稱 | |
校院名稱 | 淡江大學 |
系所名稱(中文) | 航空太空工程學系碩士班 |
系所名稱(英文) | Department of Aerospace Engineering |
外國學位學校名稱 | |
外國學位學院名稱 | |
外國學位研究所名稱 | |
學年度 | 102 |
學期 | 2 |
出版年 | 103 |
研究生(中文) | 陳聖宗 |
研究生(英文) | Sheng-Zong Chen |
學號 | 601430605 |
學位類別 | 碩士 |
語言別 | 繁體中文 |
第二語言別 | |
口試日期 | 2014-07-01 |
論文頁數 | 69頁 |
口試委員 |
指導教授
-
張永康
委員 - 洪健君 委員 - 陳步偉 |
關鍵字(中) |
調和搜尋演算法 最佳化設計 |
關鍵字(英) |
Harmony Search Algorithm Optimum Design |
第三語言關鍵字 | |
學科別分類 | |
中文摘要 |
本論文應用調和搜尋演算法於結構最佳化設計中。調和搜尋演算法是模仿樂團演奏練習將曲目調整至最協調的現象引用到最佳化演算系統當中,而發展出一套啟發式演算法。樂團演奏練習中每一個樂器代表著一個設計變數,樂團藉由一次又一次的練習達到最完美的表演,就如同演算法藉由一次又一次的迭代使得目標函數達到最佳值。調和搜尋演算法利用調和記憶考慮機率和調音機率決定搜尋方式,因此調和搜尋演算法可以作隨機全域搜尋,可避免落入區域最佳解。本研究將ANSYS有限元素分析軟體中的APDL語法與FORTRAN程式結合成一系統程式,並以六種不同的範例執行結構最佳化設計。範例中將結構最佳化問題轉為數學函數,以結構輕量化為目的,再利用調和搜尋演算法對結構系統執行最佳化設計。由數值分析範例之結果,顯示調和搜尋演算法在結構最佳化設計上可得到不錯的結果。 |
英文摘要 |
The Harmony Search (HS) Algorithm was applied to the optimum design of structures in this study. The Harmony Search algorithm was conceptualized using the musical process of searching for a perfect state of harmony. The best natural musical performance occurs when a musician searches a best state of harmony, just as the optimization process searches to find a global solution. The set of sounds are produced by a group of instruments, just as objective function is determined by the set of the values produced by design variables . The sound for better harmony can be improved through practice over and over again, just as the values for better objective function can be improved through iteration by iteration. Therefore the heuristic algorithm derived from an artificial phenomenon found in musical performance, in essence the process of searching the better harmony, can be implemented. The Harmony Search algorithm does not require the setting of initial values of decision variables and uses the random search based on the Harmony Memory Considering Rate (HMCR) and Pitch Adjusting Rate (PAR) for guiding a global search. These features increase the flexibility of the HS algorithm and obtain better solutions efficiently.The FORTRAN and APDL of ANSYS software are integrated into a systematic Harmony Search optimization program. The optimization problem can be transformed into a mathematical function. Minimum weight design will be developed in six numerical examples. Then the optimum deign of structures can be obtained by Harmony Search algorithm. The results of Harmony Search algorithm are better than other references in the examples. |
第三語言摘要 | |
論文目次 |
目錄 中文摘要I 英文摘要II 目錄IV 圖目錄VI 表目錄VII 第一章 緒論1 1.1 研究動機1 1.2 文獻回顧3 1.3 研究方法7 第二章 調和搜尋演算法8 2.1 理論基礎8 2.2 調和記憶考慮機率(Harmony Memory Cinsidering Rate)12 2.3 調音機率(Pitch Adjusting Rate)14 2.4 調和搜尋演算法執行流程15 第三章 最佳化設計19 3.1 最佳化概念19 3.2 最佳化問題20 3.3 適應值21 3.4 程式執行流程22 第四章 數值分析23 4.1 範例一:十桿件桁架結構最佳化設計25 4.2 範例二:二十五桿件桁架結構輕量化設計27 4.3 範例三:七十二桿件桁架結構輕量化設計29 4.4 範例四:直升機尾桁結構輕量化設計31 4.5 範例五:無人飛行載具機翼主樑輕量化設計33 4.6 範例六:四層壓電複合薄板結構之輕量化設計36 第五章 結論39 參考文獻60 圖目錄 圖一 音樂諧和性與最佳化之概念對照圖9 圖二 調和記憶體示意圖12 圖三 新解產生之機率關係圖17 圖四 調和搜尋演算法流程圖40 圖五 程式執行流程圖41 圖六 範例一 十桿件桁架結構尺寸圖42 圖七 範例二 二十五桿件桁架結構尺寸外型圖43 圖八 範例三 七十二桿件桁架結構尺寸外型圖44 圖九 範例四 直昇機尾桁結構外型及負載圖45 圖十 範例五 無人飛行載具機翼主樑結構外形圖46 圖十一 範例六 四層壓電複合薄板結構外型圖47 表目錄 表一 範例一 有限元素分析初始值與文獻最佳值比較48 表二 範例二 二十五桿件桁架結構各節點受力49 表三 範例二 二十五桿件桁架結構節點座標50 表四 範例二 各桿件分類及桿件與節點關係51 表五 範例二 有限元素分析初始值與最佳值比較52 表六 範例三 七十二桿件桁架結構節點受力情形53 表七 範例三 各桿件分類及桿件與節點關係54 表八 範例三 有限元素分析初始值與最佳值比較55 表九 範例四 直升機尾桁之桿件分類56 表十 範例四 有限元素分析初始值與最佳值比較57 表十一 範例五 機翼主樑結構最佳值比較58 表十二 範例六 四層壓電複合薄板結構之最佳值比較59 |
參考文獻 |
[1] Geem, Z. W., Kim, J.-H., and Loganathan, G. V., “A New Heuristic Optimization Algorithm: Harmony Search,”Simulation, Vol. 76 , No.2, pp. 60-68, February, 2001. [2] Lee, K. S., Geem, Z. W.,“A New Structural Optimization Method basedon the Harmony Search Algorithm,” Computers and Structures, Vol. 82, Issue: 9-10, pp. 781-798, April, 2004. [3] Lee, K. S., Geem, Z. W., "A New Meta-Heuristic Algorithm for Continuous Engineering Optimization: Harmony Search Theory and Practice," Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Vol. 194, Issue: 36-38, , pp. 3902-3933, September 23, 2005. [4] 郭禎祥,直交調和搜尋最佳化演算法,私立東海大學工業工程與經營資訊學系碩士論文,2006。 [5] Mahdavi, M., Fesanghary, M. and Damangir, E., "An Improved Harmony Search Algorithm for Solving Optimization Problems," Applied Mathematics and Computation, Vol. 188, Issue: 2, pp. 1567-1579, May 15, 2007. [6] Omran, M.G.H. and Mahdavi, M., "Global-Best Harmony Search," Applied Mathematics and Computation, Vol. 198, Issue: 2, pp. 643-656, May 1, 2008. [7] Coelho, L.S. and Mariani, V.C., "An Improved Harmony Search Algorithm for Power Economic Load Dispatch," Energy Conversion and Management, Vol. 50, Issue: 10, pp. 2522-2526, October, 2009. [8] 古薇涵,應用和弦搜尋演算法求解團隊越野競賽問題之研究,元智大學工業工程與管理學系,2010。 [9] Erdal, F. ,Dogan,E. and Saka, M. P., "Optimum Design of Cellular Beams using Harmony Search and Particle Swarm Optimizers," Journal of Constructional Steel Research, Vol. 67, Issue: 2, pp. 237-247, February, 2011. [10] Kulluk, S. ,Ozbakir, L. and Baykasoglu, A. , “Training Neural Networks with Harmony Search Algorithms for Classification Problems,”Engineering Applications of Artificial Intelligence, Vol. 25, Issue: 1, pp. 11-19, February, 2012. [11] Perez, R. E. and Behdinan, K., “Particle Swarm Approach for Structural Design Optimization,” Computers and Structures, Vol. 85, pp.1579–1588, 2007. [12] 劉敬文,結合基因演算法與線性規劃法於結構最佳化設計,淡江大學航空太空工程學系研究所,2010。 [13] 張維恩,應用雙演化法於結構最佳化設計之研究,淡江大學航空太空工程學系研究所,2013。 [14] 周于文,應用蜂群演算法於結構最佳化設計之研究,淡江大學航空太空工程學系研究所碩士論文,2013。 [15] 陳景文,改良式移動漸近線法於結構之最佳化設計,淡江大學航空太空工程學系研究所,2009。 [16] 王興正,應用粒子群演算法於無人飛行載具結構系統之最佳化設計,淡江大學航空太空工程學系研究所,2012。 [17] 郭純孜,應用移動漸進線法於結構之最佳化設計,淡江大學航空太空工程研究所碩士論文,2008。 [18] 侯爵,螞蟻演算法應用於結構最佳化設計,淡江大學航空太空工程研究所碩士論文,2012。 |
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