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系統識別號 U0002-2907200910555600
中文論文名稱 類免疫基因演算法於結構拓樸最佳化之研究
英文論文名稱 Structural Topology Optimization by Artificial Immune System and Genetic Algorithm
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 97
學期 2
出版年 98
研究生中文姓名 林廷釗
研究生英文姓名 Lin-Ting Chao
學號 696430726
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2009-07-21
論文頁數 76頁
口試委員 指導教授-張永康
委員-屠名正
委員-陳步偉
中文關鍵字 類免疫演算法  基因演算法  拓樸最佳化 
英文關鍵字 Artificial Immune System  Genetic Algorithm  Topology Optimization 
學科別分類 學科別應用科學航空太空
中文摘要 本論文是應用類免疫基因演算法於結構拓樸最佳化設計之研究。研究中使用ANSYS做為結構分析的工具,並利用拓樸設計方法中之複合材料分配法配合線性規劃法與類免疫基因演算法以獲得最佳結構。在本文中利用線性規劃法找出初始結構,再以基因演算法對現有結構改善不必要之模糊元素與結構不連續性以求得更佳之結構外形,最後再以類免疫演算法之體細胞高度突變,利用輕重鏈突變,改善基因演算法所獲得之拓樸外形。應用以上之演算技術可以達到最小結構順從度,並滿足體積之限制要求,而且得到較合理之拓樸結構。
本研究以六個不同結構範例執行結構最佳化設計,不管是二維平面之結構甚至到三維之結構,可以明顯看出吾人所採用的方法在拓樸設計上之效用,並能得到明確的結構幾何形狀,更可提供製造加工上之便利性。
英文摘要 A methodology of topology optimization design by Artificial Immune System and Genetic Algorithm was used in this study. The finite element analysis software ANSYS was used for structural analysis. The optimal topology design was obtained by the concept of material distribution borrowed from density method with Linear Programming, Artificial Immune System and Genetic Algorithm. The first stage topology design was executed by linear programming, then the 2nd stage was used by Genetic Algorithm to improve the unnecessary and discontinuity element. The final stage was used by somatic hypermutation of Artificial Immune System to employ the different mutation range to eliminate indefinite element which obtained by Genetic Algorithm. Finally, the smallest compliance and reasonable topology design shape were obtain by the above techniques.
There are six different structures were discussed in this study. The final results of optimum design was better than the first stage design in two dimensional as well as three dimensional structures. The proposed algorithm in this study was proved effectively.
論文目次 目錄

中文摘要……………………………………………………………I
英文摘要…………………………………………………………II
目錄…………………………………………………………………III
圖目錄………………………………………………………………V
表目錄……………………………………………………………VII
第一章 緒論 …………………………………………………………1
1.1 研究動機………………………………………………………1
1.2 文獻回顧………………………………………………………2
1.3 研究方法………………………………………………………5
第二章 結構拓樸理論…………………………………………………6
2.1均質法…………………………………………………………6
2.2生物成長法……………………………………………………7
2.3密度函數法……………………………………………………7
2.4靈敏度分析……………………………………………………9
第三章 最佳化方法……………………………………………………12
3.1線性規劃法……………………………………………………12
3.2基因演算法……………………………………………………13
3.3類免疫演算法…………………………………………………21
3.4類免疫基因演算法……………………………………………26
3.5程式執行流程…………………………………………………30
第四章 數值範例………………………………………………………33
4.1範例一:下方受單一負載之兩端固定薄板…………………33
4.2範例二:下方受多負載之兩端固定薄板……………………38
4.3範例三:自由端垂直受力之懸臂板…………………………43
4.4範例四:腳踏車車架結構……………………………………48
4.5範例五:二維Michell結構……………………………………53
4.6範例六:三維自由端受力之懸臂樑…………………………58
第五章 結論…………………………………………………………63
參考文獻………………………………………………………………64
論文簡要版……………………………………………………………69


圖 目 錄

圖一 類免疫基因演算法流程圖……………………………………29
圖二 拓樸最佳化設計流程圖…………………………………………32
圖三 範例一下方受單一負載之兩端固定薄板設計範圍……………34

圖四 範例一線性規劃法拓樸最佳化…………………………………35
圖五 範例一基因演算法拓樸最佳化…………………………………36
圖六 範例一類免疫演算法拓樸最佳化………………………………37
圖七 範例二下方受多負載之兩端固定薄板設計範圍………………39
圖八 範例二線性規劃法拓樸最佳化………………………………40
圖九 範例二基因演算法拓樸最佳化………………………………41
圖十 範例二類免疫演算法拓樸最佳化……………………………42
圖十一 範例三自由端垂直受力之懸臂薄板設計範圍……………44
圖十二 範例三線性規劃法拓樸最佳化………………………………45
圖十三 範例三基因演算法拓樸最佳化………………………………46
圖十四 範例三類免疫演算法拓樸最佳化……………………………47
圖十五 範例四腳踏車車架結構設計範圍……………………………49
圖十六 範例四線性規劃法拓樸最佳化………………………………50
圖十七 範例四基因演算法拓樸最佳化………………………………51
圖十八 範例四類免疫演算法拓樸最佳化……………………………52
圖十九 範例五二維Michell結構設計範圍…………………………54
圖二十 範例五線性規劃法拓樸最佳化………………………………55
圖二十一 範例五基因演算法拓樸最佳化……………………………56
圖二十二 範例五類免疫演算法拓樸最佳化…………………………57
圖二十三 範例六三維自由端受力之懸臂樑設計範圍………………59
圖二十四 範例六線性規劃法拓樸最佳化……………………………60
圖二十五 範例六基因演算法拓樸最佳化……………………………61
圖二十六 範例六類免疫演算法拓樸最佳化…………………………62

表 目 錄

表一 天然免疫反應與適應性免疫反應之比較………………………22


參考文獻 參考文獻
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