[发明专利]一种基于可靠性的工程结构优化方法

说明书

技术领域

本发明属于工程结构可靠性分析技术领域，具体涉及一种基于可靠性的工程结构优化方法。

背景技术

工程结构是人们赖以生活和工作的必需设施，其类型众多、功能多样、形状不一，如建筑结构、机械结构和飞机结构等。工程结构设计总是在一定的技术和物质条件下，追求更安全更经济的结构设计方案，这就要求不断优化结构设计方案。结构优化设计就是在满足各种规范或某些特定要求的条件下使结构的某种广义性能指标(如重量、造价等)为最佳。设计者通常通过调整工程结构的结构材料、元件尺寸等参数的取值来进行结构优化设计。实际工程中，这些参数常常表现出随机性，导致工程结构在使用中可靠性无法准确预测，所以必须将结构的可靠性考虑到优化设计中。

发明内容

本发明的目的：为了解决上述问题，本发明提出了一种基于可靠性的工程结构优化方法，将设计参数看作随机变量，系统地对工程结构的设计方法进行优化，提高了工程结构在使用寿命期间的安全性和耐久性。

本发明的技术方案：一种基于可靠性的工程结构优化方法，包括以下步骤：

步骤一、建立工程结构的仿真模型；

步骤二、定义设计变量、求解器及系统响应；

步骤三、试验设计；

a)确定设计变量对系统响应的影响系数，筛选主效应大于75％的设计变量；

b)根据系统响应的变化规律，建立变量与相应的关系，为建立近似模型提供数据；

步骤四、建立近似模型；

分析实验设计所得数据，利用设计变量的多项式表达系统的响应，用于预测非观测点的系统相应；

步骤五、进行优化设计；

c)首先为设计变量选择随机分布；

d)设置约束和目标函数，提交运算，得到的结果是数组设计变量及其对应的约束和目标函数的值；

求设计变量：

[X]＝{X₁，X₂,X₃....X_n}^T

X_i∈P

使目标函数：

F([X])→min

满足约束：

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为某种随机分布函数，a_i，b_i为第i个设计变量的上下限，n为设计变量的个数；C_j、D_j为常量；

步骤六、对计算系统响应的随机分布进行分析；

e)定义设计变量的随机分布；

f)利用统计学的方法对系统响应的随机分布进行分析。

优选地，所述步骤二中，筛选主效应为80％的设计变量。

优选地，所述步骤五中，所述C_j常量的取值范围为90％-95％。

优选地，所述步骤五中，所述D_j常量的取值范围为95％-99％。

本发明的技术效果：本发明一种基于可靠性的工程结构优化方法，基于可靠性的结构优化设计与确定性的结构优化的所得最优设计有所差别，后者的目标函数较优，但可靠性较低，前者的目标函数较优，而且可靠性很高；

由此可见，在实际工程结构设计中，进行基于可靠性的结构优化设计具有重要意义，结构在高可靠性的前提下性能优越，保证了结构在使用寿命期间内较好的安全性和耐久性。

附图说明

图1为本发明一种基于可靠性的工程结构优化设计方法的一优选实施例的流程示意图；

图2为本发明一种基于可靠性的工程结构优化设计方法实施列中薄壁钢梁仿真模型。

具体实施方式