[發明專利]基于區域缺陷敏感度差異的網殼結構隨機穩定性優化方法

有效

• 申請號: 202010565959.5
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN113821945B
• 公開（公告）日: 2023-09-05
• 發明（設計）人: 陳世英;王洪利;陳士杰;蓋磊;李青;趙曉偉
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/13;G06F111/04;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 濟南領升專利代理事務所(普通合伙) 37246
• 代理人: 王吉勇

本發明公開了一種基于區域缺陷敏感度差異的網殼結構隨機穩定性優化方法，通過設計敏度測試樣本和建立區域的敏度相對系數計算公式，定量證明了局部區域的缺陷敏感性差異存在且顯著。通過設定敏度系數閾值對網殼結構缺陷敏感區域進行劃分，并基于缺陷敏感區域將桿件進行分組；在仿真缺陷樣本集合Sop內采用序列兩級算法尋找以穩定承載力變異系數最小為目標函數的最優結構模型，通過優化不同敏感區域桿件組的截面型號，在不增大施工難度和用鋼量的前提下，減輕結構穩定承載力對隨機缺陷的敏感性、降低因結構穩定承載力不足發生失穩破壞的概率?；谌毕菝舾袇^域的桿件分組方式使隨機優化設計在較小規模樣本集合Sop下取得良好優化效果，節省了時間成本。

技術領域

本發明涉及一種基于區域缺陷敏感度差異的網殼結構隨機穩定性優化方法。

背景技術

在通常包含數千個構件的網殼結構中，幾乎不可能實現完全的精確制造。桿件的初彎曲、初始內應力、桿件對節點的初始偏心、節點空間位置偏差等缺陷的存在總是不可避免的。在按照規范進行桿件設計中桿件自身缺陷的影響已經被充分考慮并限制在了一定的范圍內，其對網殼結構的穩定性影響不是一個主要因素。對結構的整體穩定性來講，曲面形狀的安裝偏差缺陷(主要指節點的空間位置偏差缺陷，以下簡稱缺陷)是導致結構整體穩定承載力隨機波動的主因。各種常規和異型的單層網殼結構屬于缺陷敏感性較為嚴重的結構，極易發生由缺陷導致的失穩破壞。

Hutchinson?J?W.Imperfection?Sensitivity?of?Externally?PressurizedSpherical?Shells[J].Journal?of?Applied?Mechanics,1967,34(1)(外壓下球形殼體的缺陷敏感性)和Koiter?W.T.The?stability?of?elastic?equilibrium[D].Delft,H.J.Paris?publisher,Amsterdam.English?translation?NASA?ttf-10,1967(彈性平衡的穩定性)，較早得出了缺陷會對連續殼體結構穩定承載力產生顯著影響的結論。

1988年，Borri?C.,Spinelli?P.Buckling?and?post-buckling?behavior?ofsingle?layer?grid?shells?affected?by?random?imperfections[J].ComputersStructures,1988,30(4):937-943(隨機缺陷對單層網殼的屈曲及后屈曲性能的影響)采用隨機缺陷法對有缺陷的單層網殼結構進行了初始屈曲和后屈曲分析，考慮了材料和幾何的雙重非線性，驗證了網殼結構和薄殼結構一樣也屬于缺陷敏感性結構。

在幾何和材料雙重非線性分析中，彈塑性穩定性分析荷載-位移曲線的第一個極值點的值可作為結構的穩定承載力。計算機設計中所使用的“缺陷樣本”的幅值和分布形式均會導致計算模型穩定承載力值的顯著波動。由于實際結構中缺陷分布的隨機特性，計算模型中采用的缺陷樣本必然與實際不同，因此，極可能導致實際結構的穩定承載力值小于計算模型的穩定承載力值。穩定承載力值對缺陷樣本的敏感度越高，結構的安全隱患就越大。

最不利缺陷法是指在固定缺陷幅值下尋找一種擬“最不利的缺陷分布形式”，將其施加在結構上求出擬“最不利穩定承載力”。最不利缺陷法是常規的解決結構缺陷敏感性問題的方法。