[發明專利]一種結構系統非概率可靠性優化設計方法

有效

• 申請號: 201611030374.3
• 申請日: 2016-11-16
• 公開（公告）號: CN106777492B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 王曉軍;王睿星;王磊;陳賢佳;樊維超
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

1.一種結構系統非概率可靠性優化設計方法，其特征在于，該方法實現步驟如下：

步驟(1)、選取結構系統的尺寸參數為設計變量，記為X，各尺寸參數被限定在給定范圍內，即x_i∈[x_imin,x_imax]，i＝1,2,…,m₁其中x為尺寸參數，i為變量編號，x_imin為給定x_i范圍的最小值，x_imax為給定x_i范圍的最大值，依靠工程經驗以及工程造價條件給定；

步驟(2)、基于傳統的安全系數設計方法，以結構質量為目標函數，以元件強度為約束條件，依據工程經驗選取安全系數n，建立優化設計模型，基于建立的優化模型，通過常規優化算法進行求解，得到滿足設計要求的最優安全系數設計方案，此時的結構系統尺寸記為

步驟(3)、針對結構系統中存在的各類不確定性參數，記為P，通過小樣本定量化方法評估各不確定性的變化區間，即k＝1,2,…,m₃其中p為不確定性參數，m₃為不確定性參數的數目，k為參數編號，p_k為定量化p_k區間的下界，為定量化p_k區間的上界；

步驟(4)、基于步驟(3)得到的不確定性參數定量化結果，通過區間不確定性傳播分析方法，得到各失效模式下的結構響應區間，第j個失效模式下結構系統的最大應力區間記為j＝1,2,…,m₂，其中I為區間表示符號；

步驟(5)、定義各失效模式下的功能函數為M，其中第j個失效模式下結構系統功能函數記為其中，為第j個失效模式下結構最大允許應力響應，σ_j(X)為第j個失效模式下設計變量為X時的結構最大應力響應， 引入非概率可靠性指標，根據各失效模式下的功能函數計算得到相應的非概率可靠度，記為η，其中第j個失效模式下結構系統功能函數記為η_j；

步驟(6)、基于步驟(5)中得到的各失效模式下結構系統的可靠度η，考慮各失效模式間的相關性，通過計算結構系統綜合了所有失效模式的總體可靠度R₀；

步驟(7)、依據步驟(6)中得到的總體可靠度R₀，以結構質量為目標函數，以結構系統的總體可靠度大于規定值為約束條件，建立基于非概率可靠性的優化設計模型；

步驟(8)、以步驟(2)得到的最優安全系數設計方法為初始值，通過常規的梯度優化算法對步驟(7)中的優化模型進行求解，得到最優可靠性設計方案，此時結構系統尺寸記為

2.根據權利要求1所述的一種結構系統非概率可靠性優化設計方法，其特征在于：所述步驟(2)中，建立的安全系數設計模型如下式所示：

其中，X是設計變量，m(X)是質量目標函數，m₂為失效模式數目，j為失效模式編號，σ_j(X)是第j個失效模式的最大應力函數，n是強度安全系數。

3.根據權利要求1所述的一種結構系統非概率可靠性優化設計方法，其特征在于：所述步驟(2)中，對于飛行器結構系統而言，強度安全系數n取值為1.5；

其中，所述步驟(4)中，各區間特征參數關系如下所示：

其中為第j個失效模式下結構系統的最大應力區間的上界，σ_j(X)為第j個失效模式下結構系統的最大應力區間的下界，為第j個失效模式下結構系統的最大應力區間的中心值，Δσ_j(X)為第j個失效模式下結構系統的最大應力區間的半徑。