[發明專利]變剛度復合材料板殼結構建模分析與可靠度優化設計方法

有效

• 申請號: 201710817832.6
• 申請日: 2017-09-13
• 公開（公告）號: CN107526898B
• 公開（公告）日: 2019-12-27
• 發明（設計）人: 郝鵬;王雨田;劉晨;袁梟桀;王博;劉宏亮;楊迪雄;李剛;王斌;蔣亮亮
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 21200 大連理工大學專利中心
• 代理人: 李曉亮;潘迅

1.變剛度復合材料板殼結構建模分析與可靠度優化設計方法，其特征在于以下步驟：

步驟100：利用高效梯度類方法進行變剛度復合材料板殼結構優化，包括以下子步驟：

步驟101：利用等幾何精確建模分析方法獲得變剛度復合材料板殼結構的屈曲載荷，質量以及全解析一階導數、二階導數，計算當前設計點處的制造約束與可靠度約束；基于可靠度分析方法，將變剛度復合材料板殼結構屈曲載荷的確定性約束P≥P^t轉換為可靠度約束其中，P為結構的屈曲載荷，P^t為預設的結構屈曲載荷，p_f為P<P^t的失效概率，為預設的失效概率；

步驟102：根據步驟101的制造約束、可靠度約束以及等幾何精確建模分析方法，考慮不確定因素，建立變剛度復合材料板殼結構精確建模分析與可靠度優化一體化設計框架；將單層纖維鋪設角度、層厚和鋪層層數之一或其組合作為設計變量，將材料性能偏差和鋪層角偏差作為隨機變量，考慮制造約束與屈曲載荷的可靠度約束，采用高效梯度類算法對結構重量和/或結構制造成本進行優化；

步驟200：利用一次可靠度近似方法對變剛度復合材料板殼結構進行一次可靠度分析，包括以下子步驟：

步驟201：初始化內層迭代步數k＝0，將步驟102中所述的隨機變量轉換到標準正態空間，基于等幾何精確建模分析方法，計算迭代點U_k的結構屈曲載荷P和全解析靈敏度；其中，標準正態空間為U空間；

步驟202：利用一次可靠度近似方法中的增強混沌控制法(ECC)求解下一步迭代點U_k+1，并基于等幾何精確建模分析方法，計算該迭代點處的結構屈曲載荷P和全解析靈敏度；所述的增強混沌控制法ECC的公式如下：

ρ＝0.2,

其中，β為可靠度指標，為U_k+1的方向向量，G_k,u為函數g(U)在U_k處的導數，f()為merit函數，為merit函數關于U的導數，F(U_k)為一過渡變量；c為merit函數中的一個系數，ρ，為兩個常數；C為對合矩陣，γ_k和γ_k-1分別為第k和k-1迭代步的控制因子；ω_k為U_k-1與U_k迭代方向的夾角，為(F(U_k)-U_k)與(U_k-U_k-1)之間的夾角；arccos()為反余弦函數；上標符號T表示轉置；

步驟203：根據U_k、U_k+1提供的結構屈曲載荷值和全解析靈敏度構建兩點非線性近似函數，通過ECC求解近兩點非線性近似函數的近似設計驗算點U_AMPP，并判斷是否滿足收斂條件：若滿足收斂條件，計算U_AMPP處的真實靈敏度；若不滿足收斂條件，k＝k+1且返回步驟202；所述的收斂條件為U_k+1與U_AMPP之間差值的歐幾里得范數|U_k+1-U_AMPP|≤0.001；

步驟204：基于等幾何精確建模分析方法，計算U_AMPP處的約束函數值g(U_AMPP)，并判斷是否足夠靠近約束：若足夠靠近約束，則進行步驟300中的二次可靠度分析；若不夠靠近約束，返回步驟101；所述的足夠靠近約束為其中，B(X_initial)為初始設計X_initial處結構的屈曲載荷；

步驟300：利用步驟204中一次可靠度信息進行二次可靠度分析，一次可靠度信息包括U_AMPP及該點處的約束函數值，包括以下子步驟：

步驟301：基于等幾何精確建模分析方法，求解U_AMPP處的結構真實靈敏度以及二階導數；

步驟302：利用二次可靠度近似方法對變剛度復合材料板殼結構進行可靠度分析，并求解失效概率p_f：若迭代停止，得到考慮可靠度約束以及制造約束的最優設計；若返回步驟101。