[發明專利]一種基于可靠性的工程結構優化方法

在審

• 申請號: 201710112571.8
• 申請日: 2017-02-28
• 公開（公告）號: CN106934129A
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發明（設計）人: 朱凌宇;田笑;李堯;杜肖;孟憲澍
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司沈陽飛機設計研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京航信高科知識產權代理事務所(普通合伙)11526
• 代理人: 周良玉

技術領域

本發明屬于工程結構可靠性分析技術領域，具體涉及一種基于可靠性的工程結構優化方法。

背景技術

工程結構是人們賴以生活和工作的必需設施，其類型眾多、功能多樣、形狀不一，如建筑結構、機械結構和飛機結構等。工程結構設計總是在一定的技術和物質條件下，追求更安全更經濟的結構設計方案，這就要求不斷優化結構設計方案。結構優化設計就是在滿足各種規范或某些特定要求的條件下使結構的某種廣義性能指標(如重量、造價等)為最佳。設計者通常通過調整工程結構的結構材料、元件尺寸等參數的取值來進行結構優化設計。實際工程中，這些參數常常表現出隨機性，導致工程結構在使用中可靠性無法準確預測，所以必須將結構的可靠性考慮到優化設計中。

發明內容

本發明的目的：為了解決上述問題，本發明提出了一種基于可靠性的工程結構優化方法，將設計參數看作隨機變量，系統地對工程結構的設計方法進行優化，提高了工程結構在使用壽命期間的安全性和耐久性。

本發明的技術方案：一種基于可靠性的工程結構優化方法，包括以下步驟：

步驟一、建立工程結構的仿真模型；

步驟二、定義設計變量、求解器及系統響應；

步驟三、試驗設計；

a)確定設計變量對系統響應的影響系數，篩選主效應大于75％的設計變量；

b)根據系統響應的變化規律，建立變量與相應的關系，為建立近似模型提供數據；

步驟四、建立近似模型；

分析實驗設計所得數據，利用設計變量的多項式表達系統的響應，用于預測非觀測點的系統相應；

步驟五、進行優化設計；

c)首先為設計變量選擇隨機分布；

d)設置約束和目標函數，提交運算，得到的結果是數組設計變量及其對應的約束和目標函數的值；

求設計變量：

[X]＝{X₁，X₂,X₃....X_n}^T

X_i∈P

使目標函數：

F([X])→min

滿足約束：

a_i≤x_i≤b_i i＝1,，2...,

Prob(Dis.([X])≤0.015)≥C_j

Prob(Fre.([X])≥400)≥D_j

j＝1,2，....,k

其中，P為某種隨機分布函數，a_i，b_i為第i個設計變量的上下限，n為設計變量的個數；C_j、D_j為常量；

步驟六、對計算系統響應的隨機分布進行分析；

e)定義設計變量的隨機分布；

f)利用統計學的方法對系統響應的隨機分布進行分析。

優選地，所述步驟二中，篩選主效應為80％的設計變量。

優選地，所述步驟五中，所述C_j常量的取值范圍為90％-95％。

優選地，所述步驟五中，所述D_j常量的取值范圍為95％-99％。

本發明的技術效果：本發明一種基于可靠性的工程結構優化方法，基于可靠性的結構優化設計與確定性的結構優化的所得最優設計有所差別，后者的目標函數較優，但可靠性較低，前者的目標函數較優，而且可靠性很高；

由此可見，在實際工程結構設計中，進行基于可靠性的結構優化設計具有重要意義，結構在高可靠性的前提下性能優越，保證了結構在使用壽命期間內較好的安全性和耐久性。

附圖說明

圖1為本發明一種基于可靠性的工程結構優化設計方法的一優選實施例的流程示意圖；

圖2為本發明一種基于可靠性的工程結構優化設計方法實施列中薄壁鋼梁仿真模型。

具體實施方式