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系統識別號 U0002-1408201421492600
中文論文名稱 應用調和搜尋演算法於結構最佳化之研究
英文論文名稱 A Study of Harmony Search Algorithm for Structural Optimization
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 航空太空工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Aerospace Engineering
學年度 102
學期 2
出版年 103
研究生中文姓名 陳聖宗
研究生英文姓名 Sheng-Zong Chen
學號 601430605
學位類別 碩士
語文別 中文
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
中文關鍵字 調和搜尋演算法  最佳化設計 
英文關鍵字 Harmony Search Algorithm  Optimum Design 
學科別分類 學科別應用科學航空太空
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.
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
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