[發(fā)明專利]一種考慮載荷作用次數(shù)的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計方法

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• 申請日: 2019-04-17
• 公開（公告）號: CN110046431A
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張小玲;黃協(xié)思;劉嘉慶;姜自昊;汪忠來
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 王偉

本發(fā)明公開了一種考慮載荷作用次數(shù)的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計方法，包括以下步驟：S1、對結(jié)構(gòu)工況載荷的不確定性進(jìn)行量化；S2、計算考慮載荷作用次數(shù)的等效載荷；S3、建立不確定性因素影響下以載荷作用次數(shù)作為壽命指標(biāo)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型；S4、基于SORA方法將步驟S3建立的結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型轉(zhuǎn)化成確定性結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化模型；S5、采用基于移動漸近線方法對確定性結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化模型進(jìn)行求解，得到優(yōu)化設(shè)計結(jié)果。本發(fā)明將隨機(jī)載荷多次作用的等效方法和移動漸近線算法應(yīng)用到結(jié)構(gòu)的可靠性拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計中，相比于確定性拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計，提高了結(jié)構(gòu)工作的安全性和可靠性，并且克服了只考慮靜態(tài)載荷作用的可靠性拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計無法有效的表達(dá)可靠性時間屬性的缺點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域，特別涉及一種考慮載荷作用次數(shù)的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計方法。

背景技術(shù)

在航空航天工業(yè)飛速發(fā)展和傳統(tǒng)裝備制造業(yè)同質(zhì)化競爭加劇的今天，新產(chǎn)品總體性能的提升、生產(chǎn)成本的降低以及研發(fā)周期的縮短等成為設(shè)計人員不懈追求的目標(biāo)，本著材料“物盡其用”宗旨的計算機(jī)輔助結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)也因此成為眾多學(xué)科領(lǐng)域的研究熱點。

結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)主要包括尺寸、形狀、拓?fù)鋬?yōu)化三個領(lǐng)域和層次，其中拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)由于突破了前兩種方法的設(shè)計模式，能夠最大限度地挖掘材料潛力以設(shè)計出滿足苛刻要求的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)構(gòu)型，現(xiàn)已成為高性能工程結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域最活躍、最具應(yīng)用前景的課題之一。

應(yīng)力約束是結(jié)構(gòu)設(shè)計中最重要的強(qiáng)度指標(biāo)，由于材料性能的分散性，機(jī)械結(jié)構(gòu)工況的隨機(jī)性，不確定性因素影響下考慮應(yīng)力約束的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計可以有效提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性。在實際工程中，不僅需考慮隨機(jī)載荷下結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，還需考慮應(yīng)力循環(huán)次數(shù)即壽命約束，難以有效表達(dá)結(jié)構(gòu)工作的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種將隨機(jī)載荷多次作用的等效方法和移動漸近線算法應(yīng)用到結(jié)構(gòu)的可靠性拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計中，相比于確定性拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計，提高了結(jié)構(gòu)工作的安全性和可靠性，并且克服了只考慮靜態(tài)載荷作用的可靠性拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計無法有效的表達(dá)可靠性時間屬性的缺點的考慮載荷作用次數(shù)的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種考慮載荷作用次數(shù)的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計方法，包括以下步驟：

S1、確定結(jié)構(gòu)工況載荷的不確定性輸入與確定性輸入，并對結(jié)構(gòu)工況載荷的不確定性進(jìn)行量化；

S2、計算考慮載荷作用次數(shù)的等效載荷；

S3、建立不確定性因素影響下以載荷作用次數(shù)作為壽命指標(biāo)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型；

S4、基于SORA方法將步驟S3建立的結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型轉(zhuǎn)化成確定性結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化模型；

S5、采用基于移動漸近線方法對確定性結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化模型進(jìn)行求解，得到優(yōu)化設(shè)計結(jié)果。

進(jìn)一步地，所述步驟S2具體實現(xiàn)方法為：對于滿足正態(tài)分布的隨機(jī)載荷P，其載荷概率密度函數(shù)為f_P(P)，載荷的累積分布函數(shù)為F_P(P)，載荷作用次數(shù)為ω次；得到等效載荷L的概率密度函數(shù)f_L(L)為：

f_L(L)＝ω[F_P(P)]ω^-1f_P(L) (1)

f_P(L)表示通過f_P(P)計算f_L(L)，即將f_P(P)中的P替換成L；

對概率密度函數(shù)進(jìn)行積分計算，得到等效載荷均值μ_L和標(biāo)準(zhǔn)差σ_L：

進(jìn)一步地，所述步驟S3包括以下子步驟：