(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210385201.2 (22)申请日 2022.04.13 (71)申请人 长沙理工大 学 地址 410114 湖南省长 沙市天心区赤岭路 45号 (72)发明人 刘汉云　陈柏翔　韩艳　胡朋　 蔡春声　毛娜　 (74)专利代理 机构 长沙惟盛赟鼎知识产权代理 事务所(普通 合伙) 43228 专利代理师 黄敏华 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06F 30/28(2020.01)G06N 3/08(2006.01) G06N 3/12(2006.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 111/06(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 桥梁抗风气动外形自动优化方法 (57)摘要 本发明提出了一种桥梁抗风气动外形自动 优化方法， 所述方法包括选定桥梁抗风初始外 形， 确定需要优化的设计变量及其取值范围， 基 于数论选点理论， 生成代表点集样本数据， 进行 DOE试验设计； 基于自适应网格变形技术， 获得桥 梁抗风气动外形的控制体和控制点， 通过控制点 快速在线实现模 型网格变形； 基于训练好的代理 模型进行C FD快速求解， 开展 桥梁气动动力分析， 获得性能评价指标； 基于多目标优化算法， 在代 表点集样本数据内， 以性能评价指标为目标函 数， 进行桥梁气动外形自动设计优化， 获得最优 解。 本发明大幅降低桥梁气动外形优化设计所需 人工成本和计算资源， 提高设计效率和自动化程 度， 并可根据桥址风场特性在 线实时调整桥梁气 动外形。 权利要求书1页 说明书5页 附图7页 CN 114676487 A 2022.06.28 CN 114676487 A 1.桥梁抗 风气动外形自动优化方法， 其特 征在于， 包括： S1： 建立待计算的桥梁抗风初始外形网格数值模型， 选取多个优化设计变量及设置网 格数值模型的参数化数据； S2： 确定每个优化设计变量的取值范围， 基于数论选点方法， 生成代表点集样本数据， 以划分和筛选网格节 点， 在优化设计软件平台中对优化设计变量参数进 行DOE试验设计， 以 筛选优化设计 变量参数； S3： 采用自适应网格变形方法优化网格节点疏密排布， 然后获得作为桥梁抗风气动外 形控制点的网格节点， 以及使每个控制点周围具有互不重复的控制体积以划分桥梁抗风气 动外形计算域， 再通过控制点完成网格数值模型 的网格自动体积变形， 并输出变形后的网 格数值模型 备用； S4： 将基于深度学习方式训练好的代理模型作为替代仿真模拟器， 以近似模拟S3中变 形后的网格数值模型， 向代理模型输入变形后的桥梁外形设计变量实参， 以输出对应的桥 梁外形的气动性能评价指标值； S5： 基于多目标优化算法， 以代表点集样本数据为约束集， 以S4中输出的性能评价指标 值为目标函数收敛的值， 进行桥梁气动外形自动设计优化， 获得最优解。 2.根据权利要求1所述桥梁抗风气动外形自动优化方法， 其特征在于， 所述步骤S1中初 始的优化设计变量的选择取决于桥梁抗风气动外形的类型以及相应的气动抑振结构， 所述 桥梁抗风气动外形的类型包括整体式箱形截面、 分体式箱形截面、 边箱梁截面、 π形截面、 钢 桁梁截面， 所述气动抑振结构包括 风嘴、 整流 罩、 导流板、 中央稳定 板、 抑流板 。 3.根据权利要求2所述桥梁抗风气动外形自动优化方法， 其特征在于， 当桥梁抗风气动 外形的类型选择为箱形截面， 气动抑振结构选择为风嘴， 则初始的优化设计变量包括箱形 截面高度和宽度、 翼缘的宽度和高度、 风嘴形状参数、 风嘴为连续或是间断布置， 以及风嘴 间断布置时的位置 。 4.根据权利要求1所述桥梁抗风气动外形自动优化方法， 其特征在于， 所述步骤S2中采 用的数论选点方法为拉丁超立方方法抽样选点； 所述DOE试验设计在UniXDE软件平 台上进 行。 5.根据权利要求1所述桥梁抗风气动外形自动优化方法， 其特征在于， 所述步骤S3中， 自适应网格 变形方法采用Sculptor网格 变形软件平台实现。 6.根据权利要求1所述桥梁抗风气动外形自动优化方法， 其特征在于， 所述步骤S4中的 代理模型 具体训练方式如下： 在Fluent软件平台上构建CFD仿真模型， 并开展桥梁气动 动力分析； 根据各种组合的设计变量优化参数模拟相应的各种S3 中输出变形后的网格数值模型， 再进行CFD快速求 解， 获得足量的输入输出 数据， 以训练S4中的代理模型。 7.根据权利要求6所述桥梁抗风气动外形自动优化方法， 其特征在于， 所述代 理模型计 算输出性能评价指标值后， 再进 行误差分析判定， 当误差值超过给定限值时， 则重新调整网 格变形， 通过迭代计算， 直至误差值小于给定限值。 8.根据权利要求1所述桥梁抗风气动外形自动优化方法， 其特征在于， 所述步骤S5 中的 最优解为全域最优解。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114676487 A 2桥梁抗风气动外形自动优化方 法 技术领域 [0001]本发明涉及桥梁设计技 术领域， 尤其涉及桥梁抗 风气动外形自动优化方法。 背景技术 [0002]目前， 桥梁正向着更大跨度、 更轻质量方向发展， 此时风致动力问题已成为大跨桥 梁设计、 建造与运维的关键控制因素之一。 大跨桥梁在施工建设完成后仍可能会出现大幅 度涡振现象。 [0003]桥梁的气动外形对桥梁抗风影响重大。 目前， 针对桥梁抗风气动外形设计， 仍多采 用枚举选优的设计思路。 其基本步骤为： 对选定的桥梁外形及其流体域进 行网格划分， 然后 开展动力问题的CFD迭代求解， 获得目标响应。 桥梁气动外形的优化是通过划分大量不同网 格与CFD计算后， 对其进行气动抑振能力对比， 从中选择较优解。 上述方法存在两个主要缺 点， 第一个是需要划分大量网格进 行桥梁抗风抑振性能的CFD试算对比分析， 使得桥梁气动 外形设计费时费力、 效率低下； 第二个是枚举试算对比只能获得一个离散样本点域中的较 优解， 无法得到全域 最优解， 且自动化智能化 程度差。 [0004]此外， 汽车领域公开号为 “CN107273569A ”的专利所提出的一种基于网格变形技术 的气动外形减阻优化方法， 其主要是减小网格划分工作量而提高优化效率， 且为风阻系 数 单目标优化。 而实际中桥梁气动外形优化存在多变量遍历、 计算工况多、 网格划分工作量 大、 CFD计算 耗时长和为多目标寻优问题等诸多限制。 发明内容 [0005]因此， 本发明要解决的技术问题在于克服现有技术计算工况量大、 网格划 分效率 低、 CFD计算耗时长、 优化程度不够高的缺陷， 从而提供一种桥梁抗风气动外形自动优化方 法。 [0006]桥梁抗风气动外形自动优化方法， 包括： [0007]S1： 建立待计算的桥梁抗风初始外形网格数值模型， 选取多个优化设计变量及设 置网格数值模型的参数化数据； [0008]S2： 确定每个优化设计变量的取值范围， 基于数论选点方法， 生成代表点集样本数 据， 以划分和筛选网格节点， 在优化设计软件平台中对优化设计变量参数进行DOE试验设 计， 以筛选优化设计 变量参数； [0009]S3： 采用自适应网格变形方法优化网格节点疏密排布， 然后获得作为桥梁抗风气 动外形控制点的网格节点， 以及使每个控制点周围具有互不重复的控制体积以划分桥梁抗 风气动外形计算域， 再通过控制点完成网格数值模型 的网格自动体积变形， 并输出变形后 的网格数值模型 备用； [0010]S4： 将基于深度学习方式训练好的代理模型作为替代仿真模拟器， 以近似模拟S3 中变形后的网格数值模型， 向代理模型输入变形后的桥梁外形设计变量实参， 以输出对应 的桥梁外形的气动性能评价指标值；说　明　书 1/5 页 3 CN 114676487 A 3