當(dāng)優(yōu)化問(wèn)題的變量較少時(shí),可用下列簡(jiǎn)單解法。
?。?)圖解法。在設(shè)計(jì)空間中作出可行域和目標(biāo)函數(shù)等值面,再?gòu)膱D形上找出既在可行域內(nèi)(或其邊界內(nèi)),又使目標(biāo)函數(shù)值最小的設(shè)計(jì)點(diǎn)的位置。
?。?)解析法。當(dāng)問(wèn)題比較簡(jiǎn)單時(shí),可用解析法求解。
2.準(zhǔn)則法
準(zhǔn)則法是從工程和力學(xué)觀點(diǎn)出發(fā),提出結(jié)構(gòu)達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足的某些準(zhǔn)則(如同步失效準(zhǔn)則、滿應(yīng)力準(zhǔn)則、能量準(zhǔn)則等),然后用迭代的方法求出滿足這些準(zhǔn)則的解。該方法的主要特點(diǎn)是收斂快,重分析次數(shù)與設(shè)計(jì)變量數(shù)目無(wú)直接關(guān)系,計(jì)算量不大,但適用有局限性,主要適用于結(jié)構(gòu)布局及幾何形狀已定的情況。盡管準(zhǔn)則法有它的缺點(diǎn),但從工程應(yīng)用的角度來(lái)看,它比較方便,習(xí)慣上易于接受,優(yōu)點(diǎn)仍是主要的。最簡(jiǎn)單的準(zhǔn)則法有同步失效準(zhǔn)則法和滿應(yīng)力準(zhǔn)則法。
(1)同步失效準(zhǔn)則法。其基本思想可概括為:在荷載作用下,能使所有可能發(fā)生的破壞模式同時(shí)實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)是最優(yōu)的結(jié)構(gòu)。同步失效準(zhǔn)則設(shè)計(jì)有許多明顯的缺點(diǎn)。由于要用解析表達(dá)式進(jìn)行代數(shù)運(yùn)算,同步失效設(shè)計(jì)只能用來(lái)處理非常簡(jiǎn)單的元件優(yōu)化;當(dāng)約束數(shù)大于設(shè)計(jì)變量數(shù)時(shí),必須設(shè)法確定那些破壞模式應(yīng)當(dāng)同時(shí)發(fā)生才給出最優(yōu)設(shè)計(jì),這通常是一件十分困難的工作;當(dāng)約束數(shù)和設(shè)計(jì)變量數(shù)相等時(shí),并不能保證這樣求得的解是最優(yōu)解。
?。?)滿應(yīng)力準(zhǔn)則法。該法認(rèn)為充分發(fā)揮材料強(qiáng)度的潛力,可以算是結(jié)構(gòu)優(yōu)化的一個(gè)標(biāo)志,以桿件滿應(yīng)力作為優(yōu)化設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則。這一方法在桿件系統(tǒng)如桁架的優(yōu)化設(shè)計(jì)中用得較多。在此基礎(chǔ)上又發(fā)展了與射線步結(jié)合的齒行法以及框架等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的滿應(yīng)力設(shè)計(jì)。
3.?dāng)?shù)學(xué)規(guī)劃法
將結(jié)構(gòu)優(yōu)化問(wèn)題歸納為一個(gè)數(shù)學(xué)規(guī)劃問(wèn)題,然后用數(shù)學(xué)規(guī)劃法來(lái)求解。結(jié)構(gòu)優(yōu)化中常用的數(shù)學(xué)規(guī)劃方法是非線性規(guī)劃,有時(shí)也用線性規(guī)劃,特殊情況可能用到動(dòng)態(tài)規(guī)劃、幾何規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃或隨機(jī)規(guī)劃等。
?。?)線性規(guī)劃。當(dāng)目標(biāo)函數(shù)和約束方程都是設(shè)計(jì)變量的線性函數(shù)時(shí),稱為線性規(guī)劃問(wèn)題。該類問(wèn)題的解法比較成熟,其中常用的解法是單純形法。
?。?)非線性規(guī)劃。當(dāng)目標(biāo)函數(shù)或約束方程為設(shè)計(jì)變量的非線性函數(shù)時(shí),稱為非線性規(guī)劃。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)多為有約束的非線性規(guī)劃問(wèn)題。這類問(wèn)題較線性規(guī)劃問(wèn)題復(fù)雜得多,難度較大,目前采用的方法大致有以下幾種類型:不作轉(zhuǎn)換但需求導(dǎo)數(shù)的分析方法,如梯度投影法、可行方向法等;不作轉(zhuǎn)換也不需求導(dǎo)數(shù)的直接搜索方法,如復(fù)形法;采用線性規(guī)劃來(lái)逐次逼近,如序列線性規(guī)劃法;轉(zhuǎn)換為無(wú)約束極值問(wèn)題求解,如罰函數(shù)法、乘子法等。
4.混合法
混合法即同時(shí)采用準(zhǔn)則法和數(shù)學(xué)規(guī)劃法。
5.啟發(fā)式算法
近些年來(lái)發(fā)展起來(lái)了一些啟發(fā)式算法。這些算法有遺傳算法(GA)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、模擬退火算法等。它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)優(yōu)化領(lǐng)域得到了一些應(yīng)用。