[發(fā)明專利]一種離散變量桁架非概率可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611112644.5
• 申請日: 2016-12-07
• 公開（公告）號(hào): CN106777626B
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 喬心州
• 申請（專利權(quán)）人: 西安科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 西安創(chuàng)知專利事務(wù)所 61213
• 代理人: 譚文琰

本發(fā)明公開了一種離散變量桁架非概率可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括步驟：一、確定需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的桁架的設(shè)計(jì)變量以及相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)；二、采用預(yù)先建立的離散變量桁架非概率可靠性優(yōu)化模型對待優(yōu)化桁架進(jìn)行優(yōu)化處理。本發(fā)明方法步驟簡單、設(shè)計(jì)合理且使用效果好，考慮影響桁架可靠性的不確定參數(shù)向量，建立位移非概率可靠性指標(biāo)函數(shù)和應(yīng)力非概率可靠性指標(biāo)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對桁架離散變量非概率可靠性的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，減少桁架重量且保證得到桁架的最優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于桁架優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種離散變量桁架非概率可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

桁架由直桿組成的一般具有三角形單元的平面或空間結(jié)構(gòu)，桁架中桿件主要承受軸向拉力或壓力，從而能充分利用材料的強(qiáng)度，在跨度較大時(shí)可比實(shí)腹梁節(jié)省材料，減輕自重和增大剛度。桿件與桿件的交匯點(diǎn)視為節(jié)點(diǎn)，每兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的桿件視為一個(gè)桿單元。桁架廣泛應(yīng)用于航空、建筑、土木、電力和機(jī)械等領(lǐng)域。在實(shí)際工程中，由于制造環(huán)境、技術(shù)條件、材料的多相特征、安裝誤差、測量條件和外部環(huán)境等因素影響，使得桁架的幾何尺寸、物理參數(shù)、載荷和邊界條件不可避免的具有不確定性，這些不確定因素結(jié)合在一起可能使結(jié)構(gòu)特性和響應(yīng)產(chǎn)生較大的偏差或不可預(yù)知性，因而在桁架設(shè)計(jì)和制造中應(yīng)科學(xué)地予以考慮。

目前，對桁架的不確定性主要采用概率模型來描述，在此基礎(chǔ)發(fā)展了較為成熟的概率可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。概率模型常常需要大量樣本以確定其分布函數(shù)或數(shù)字特征，而這些大量樣本在許多大型或者制造成本昂貴的桁架中通常是難以獲知的，因?yàn)橹圃斐杀镜陌嘿F迫使桁架產(chǎn)品均為單件或者小批量生產(chǎn)。此時(shí)，若仍采用概率模型處理桁架的不確定性，則造成分析結(jié)果的巨大偏差，偏離了桁架優(yōu)化的目的。在上述背景下，目前主要采用非概率模型來處理桁架的不確定性，該模型僅需獲知不確定變量的界限即可對桁架進(jìn)行設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展了桁架非概率可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。然而，現(xiàn)有的桁架非概率可靠性設(shè)計(jì)方法主要是針對連續(xù)變量的，而在桁架設(shè)計(jì)中，由于制造標(biāo)準(zhǔn)化和工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范等方面的要求，桁架的構(gòu)件尺寸等參數(shù)均只能取若干個(gè)離散值，導(dǎo)致現(xiàn)有的桁架可靠性設(shè)計(jì)方法無法直接使用。離散變量結(jié)構(gòu)優(yōu)化與連續(xù)變量結(jié)構(gòu)優(yōu)化不同，離散變量結(jié)構(gòu)優(yōu)化存在著可行域空間不連續(xù)、函數(shù)不可微和庫恩塔克條件不適用等條件，因此，需要一種能夠?qū)﹁旒茈x散變量進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化的離散變量桁架非概率可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種離散變量桁架非概率可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其方法步驟簡單、設(shè)計(jì)合理且實(shí)現(xiàn)方便、使用效果好，考慮影響桁架可靠性的不確定參數(shù)向量，建立位移非概率可靠性指標(biāo)函數(shù)和應(yīng)力非概率可靠性指標(biāo)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對桁架離散變量非概率可靠性的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，減少桁架重量且保證得到桁架的最優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種離散變量桁架非概率可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于：步驟一、確定待優(yōu)化桁架的設(shè)計(jì)變量及設(shè)定初始參數(shù)：待優(yōu)化桁架為由多個(gè)直桿組成的平面桁架，每個(gè)直桿稱為一個(gè)桿件，各直桿間的連接處稱為節(jié)點(diǎn)，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的直桿稱為桿單元，所述待優(yōu)化桁架中桿件和桿單元的數(shù)量均為k，所述待優(yōu)化桁架中節(jié)點(diǎn)的數(shù)量為h，所述節(jié)點(diǎn)包括固定節(jié)點(diǎn)和自由節(jié)點(diǎn)，所述自由節(jié)點(diǎn)的數(shù)量為a，以所述待優(yōu)化桁架的中心為坐標(biāo)原點(diǎn)建立平面直角坐標(biāo)系，以水平方向?yàn)閄軸，以垂直方向?yàn)閅軸；

所述待優(yōu)化桁架中各個(gè)桿件的橫截面積為設(shè)計(jì)變量，并記作設(shè)計(jì)變量x且設(shè)計(jì)變量x＝(x₁,x₂,...,x_k)^T，其中，第e個(gè)桿件的橫截面積記作設(shè)計(jì)變量x_e，e為正整數(shù)且e的取值范圍為1～k；