[發明專利]一種結構概率優化設計方法

有效

• 申請號: 201210528471.0
• 申請日: 2012-12-10
• 公開（公告）號: CN103870614A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 劉鋼;段世慧;王立凱;常亮
• 申請（專利權）人: 中國飛機強度研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

技術領域

本發明一種結構概率優化設計方法屬于航空結構優化設計領域。?

背景技術

飛機結構優化設計，是指在滿足優化目標和約束條件的前提下，對結構尺寸參數進行優化，提高飛機結構的整體性能。結構優化設計方法大致分為兩大類：確定性優化和不確定性優化，其中確定性優化是工程上普遍使用的方法。?

目前，確定性優化是按結構強度規范進行，設計過程中為了考慮隨機因素的影響，采用安全系數法進行處理，使得足以保證結構的安全。這種做法普遍被認為是比較保守的，為了達到規定的強度水平，結構往往付出了較大的重量代價。為了減輕結構重量，人們提出了許多優化設計方法，其中具有代表性的是準則法，它通過建立載荷和強度之間的某種形式的準則，開展結構尺寸參數的調整，是工程中經常使用的減重方法。總之，現有的確定性結構強度優化方法，不能定量給出應力/應變的統計分布，因而優化過程只能采用確定量，無法在隨機條件下對結構進行優化。例如，由段世慧等撰寫的論文“一種考慮拉彎耦合的復合材料層板的優化設計方法”（計算力學學報，2002，19(3)：349-352），提出了復合材料層合板鋪層厚度優化的滿應變方法，根據工作應變和許用應變的比值確定鋪層厚度，不過工作應變沒有反映隨機量的影響。在宋筆鋒等發表的論文“最臨界準則法在復雜結構優化中的應用研究”（機械強度，2011，33(2)：277-280）中，優化迭代公式中應力、模量等都是確定性的量。?

除了確定性優化外，不確定性優化也是近年來的研究重點。周健生、蔡蔭林在論文“基于強度和剛度可靠度的結構優化設計”（強度與環境，2002年3月，第29卷第1期），提出采用以結構系統的可靠性作為結構的優化控制參數，用改進的分枝限界法判認主要失效模式，用PNET法計算結構系統的可靠度。陳立周、翁海珊在“概率優化設計的一種新計算方法”（機械工程學報，第34卷第5期，1998年10月）提出了一種基于概率密度函數矩不等式的契貝雪夫點法進行概率優化設計。這些不確定性優化方法在進行可靠性分析時都采用較精確的方法，無法提高優化設計的效率，難以在工程上進行推廣應用。?

發明內容

本發明的目的是提供一種結構概率優化設計方法，實現了可靠性優化設計在工程結構中的快速應用，能夠有效降低結構重量和提高結構可靠度。?

本發明的技術方案?

1、一種結構概率優化設計方法，該方法采取以下步驟：?

1)結構分組處理?

在結構建模過程中，將材料和尺寸相同的單元合并為一個分組，或者對已經建好的模型，根據設計要求重新調整分組，優化設計只在經過分組處理的結構有限元模型上進行；?

2)應力/應變計算?

采用結構分析軟件對分組處理后的結構進行有限元分析，計算分組內每個元素所有工況下的應力和應變。在實際計算過程中，采用自研軟件COMPASS進行分析，主要是方便概率優化設計功能的開發和實現；?

3)應力/應變統計?

4)概率應力/應變的確定?

5)應力比計算?

根據步驟3）和4）計算得到概率應力/應變，以及應力/應變的許用值，調用COMPASS應力比計算模塊，計算應力/應變；?

6)尺寸調整?

調用COMPASS優化設計模塊，依據分組內元素應力/應變比，對分組內元素尺寸進行調整，得到一個新的設計方案；?

7)收斂判斷?

如果新老設計方案的結構重量相差滿足迭代收斂準則，則停止迭代輸出優化設計結果，否則繼續上述步驟；?

其特征在于，本方法中第三個步驟中應力/應變統計采取以下方式進行：?

從自研軟件COMPASS分析得出的計算結果中提取分組內所有單元所有載荷工況下的應力/應變，進行統計處理計算分組單元應力/應變的均值μ和方差σ²：?

μ=1N*MΣStress(Strain)]]>