[發(fā)明專利]工程結(jié)構(gòu)可靠性優(yōu)化建模求解方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110672514.1
• 申請日: 2021-06-17
• 公開（公告）號: CN113360988A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 翟浩
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/27;G06F111/04;G06F119/02
• 代理公司: 北京細(xì)軟智谷知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11471
• 代理人: 劉明華

1.一種工程結(jié)構(gòu)可靠性優(yōu)化建模求解方法，其特征在于，包括：

從設(shè)計(jì)變量約束集合中隨機(jī)獲取一個(gè)設(shè)計(jì)變量；

根據(jù)設(shè)計(jì)變量選取對應(yīng)的不確定中間結(jié)構(gòu)參數(shù)；

根據(jù)所述設(shè)計(jì)變量和不確定中間結(jié)構(gòu)參數(shù)構(gòu)建工程結(jié)構(gòu)功能函數(shù)；

根據(jù)工程結(jié)構(gòu)功能函數(shù)建立基于可信安全度的結(jié)構(gòu)可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)模型；

在可信安全度約束下，求解可信安全度的結(jié)構(gòu)可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)模型在最小化結(jié)構(gòu)體積和最大化結(jié)構(gòu)可靠性水平條件下的最優(yōu)解，根據(jù)最優(yōu)解獲取最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工程結(jié)構(gòu)可靠性優(yōu)化建模求解方法，其特征在于，所述根據(jù)所述設(shè)計(jì)變量和不確定中間結(jié)構(gòu)參數(shù)構(gòu)建工程結(jié)構(gòu)功能函數(shù)，包括：

設(shè)計(jì)變量x＝(x₁,x₂,...,x_n)^T、不確定中間結(jié)構(gòu)參數(shù)ξ＝(ξ₁,ξ₂,...,ξ_n)，工程結(jié)構(gòu)功能函數(shù)為：g(x,ξ)＝G-G(x,ξ)；

其中，G和G(x,ξ)分別表示結(jié)構(gòu)的響應(yīng)閾值和響應(yīng)函數(shù)，n為設(shè)計(jì)變量個(gè)數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工程結(jié)構(gòu)可靠性優(yōu)化建模求解方法，其特征在于，所述根據(jù)工程結(jié)構(gòu)功能函數(shù)建立基于可信安全度的結(jié)構(gòu)可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，包括：

可靠性要求為在可靠性水平α下響應(yīng)函數(shù)G(x,ξ)小于響應(yīng)閾值G，建立可信安全度約束為：Cr{G-G(x,ξ)0}≥α；

基于可信安全度約束，建立基于可信安全度的結(jié)構(gòu)可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)模型：

其中V(x)為結(jié)構(gòu)體積函數(shù)，G_j為第j個(gè)響應(yīng)閾值，G_j(x,ξ)為響應(yīng)函數(shù)，α_j為相應(yīng)的可靠性水平，A為系數(shù)矩陣，b為常數(shù)向量，x為設(shè)計(jì)變量。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工程結(jié)構(gòu)可靠性優(yōu)化建模求解方法，其特征在于，所述在可信安全度約束下，求解可信安全度的結(jié)構(gòu)可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)模型在最小化結(jié)構(gòu)體積和最大化結(jié)構(gòu)可靠性水平條件下的最優(yōu)解，包括：

初始化可行域；

根據(jù)設(shè)計(jì)變量和對應(yīng)的不確定中間參數(shù)計(jì)算模擬響應(yīng)值；

計(jì)算模擬響應(yīng)值對應(yīng)的發(fā)生概率；

根據(jù)發(fā)生概率篩選出符合可行安全約束的設(shè)計(jì)變量，并存儲至可行域；

以體積最小為優(yōu)化目標(biāo)求從可行域中計(jì)算出最優(yōu)解。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的工程結(jié)構(gòu)可靠性優(yōu)化建模求解方法，其特征在于，所述不確定中間參數(shù)，包括：

連續(xù)模糊結(jié)構(gòu)參數(shù)和離散模糊結(jié)構(gòu)參數(shù)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的工程結(jié)構(gòu)可靠性優(yōu)化建模求解方法，其特征在于，在不確定中間參數(shù)為連續(xù)模糊結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)，還包括：

將連續(xù)模糊結(jié)構(gòu)參數(shù)轉(zhuǎn)換為離散模糊結(jié)構(gòu)參數(shù)。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的工程結(jié)構(gòu)可靠性優(yōu)化建模求解方法，其特征在于，還包括：

預(yù)設(shè)迭代次數(shù)N；

篩選出符合N個(gè)可行安全約束的設(shè)計(jì)變量，并存儲至可行域；

以體積最小為優(yōu)化目標(biāo)求從可行域中計(jì)算出最優(yōu)解。

8.根據(jù)權(quán)利要求4或7所述的工程結(jié)構(gòu)可靠性優(yōu)化建模求解方法，其特征在于，所述以體積最小為優(yōu)化目標(biāo)求從可行域中計(jì)算出最優(yōu)解，包括：

給定GA算法參數(shù)：初始種群數(shù)量pop_size，評價(jià)參數(shù)a，交叉參數(shù)P_c，變異參數(shù)P_m，其中a，P_c，P_m∈(0,1)；

通過n維實(shí)向量初始化pop_size個(gè)滿足要求的染色體C₁,C₂,...,C_{pop_size}，并通過模糊模擬方法來驗(yàn)證每一個(gè)染色體的可行性；

計(jì)算所有染色體的目標(biāo)函數(shù)值即體積最小，并對每一個(gè)染色體應(yīng)用排序函數(shù)eval(·)進(jìn)行定量標(biāo)記，即eval(C_i)＝a(1-a)^i-1，i＝1,2,...pop_size；

通過輪盤賭方法選擇pop_size個(gè)適應(yīng)性較強(qiáng)的染色體形成新的種群，并開始進(jìn)行遺傳進(jìn)化運(yùn)算；

通過交叉和變異運(yùn)算更新染色體種群，并應(yīng)用模糊模擬方法對每一個(gè)新產(chǎn)生的染色體進(jìn)行可行性驗(yàn)證；

經(jīng)過多次迭代產(chǎn)生的染色體作為最優(yōu)染色體輸出，將最優(yōu)染色體作為最優(yōu)解。