[发明专利]变刚度复合材料板壳结构建模分析与可靠度优化设计方法

权利要求书

1.变刚度复合材料板壳结构建模分析与可靠度优化设计方法，其特征在于以下步骤：

步骤100：利用高效梯度类方法进行变刚度复合材料板壳结构优化，包括以下子步骤：

步骤101：利用等几何精确建模分析方法获得变刚度复合材料板壳结构的屈曲载荷，质量以及全解析一阶导数、二阶导数，计算当前设计点处的制造约束与可靠度约束；基于可靠度分析方法，将变刚度复合材料板壳结构屈曲载荷的确定性约束P≥P^t转换为可靠度约束其中，P为结构的屈曲载荷，P^t为预设的结构屈曲载荷，p_f为P<P^t的失效概率，为预设的失效概率；

步骤102：根据步骤101的制造约束、可靠度约束以及等几何精确建模分析方法，考虑不确定因素，建立变刚度复合材料板壳结构精确建模分析与可靠度优化一体化设计框架；将单层纤维铺设角度、层厚和铺层层数之一或其组合作为设计变量，将材料性能偏差和铺层角偏差作为随机变量，考虑制造约束与屈曲载荷的可靠度约束，采用高效梯度类算法对结构重量和/或结构制造成本进行优化；

步骤200：利用一次可靠度近似方法对变刚度复合材料板壳结构进行一次可靠度分析，包括以下子步骤：

步骤201：初始化内层迭代步数k＝0，将步骤102中所述的随机变量转换到标准正态空间，基于等几何精确建模分析方法，计算迭代点U_k的结构屈曲载荷P和全解析灵敏度；其中，标准正态空间为U空间；

步骤202：利用一次可靠度近似方法中的增强混沌控制法(ECC)求解下一步迭代点U_k+1，并基于等几何精确建模分析方法，计算该迭代点处的结构屈曲载荷P和全解析灵敏度；所述的增强混沌控制法ECC的公式如下：

ρ＝0.2,

其中，β为可靠度指标，为U_k+1的方向向量，G_k,u为函数g(U)在U_k处的导数，f()为merit函数，为merit函数关于U的导数，F(U_k)为一过渡变量；c为merit函数中的一个系数，ρ，为两个常数；C为对合矩阵，γ_k和γ_k-1分别为第k和k-1迭代步的控制因子；ω_k为U_k-1与U_k迭代方向的夹角，为(F(U_k)-U_k)与(U_k-U_k-1)之间的夹角；arccos()为反余弦函数；上标符号T表示转置；

步骤203：根据U_k、U_k+1提供的结构屈曲载荷值和全解析灵敏度构建两点非线性近似函数，通过ECC求解近两点非线性近似函数的近似设计验算点U_AMPP，并判断是否满足收敛条件：若满足收敛条件，计算U_AMPP处的真实灵敏度；若不满足收敛条件，k＝k+1且返回步骤202；所述的收敛条件为U_k+1与U_AMPP之间差值的欧几里得范数|U_k+1-U_AMPP|≤0.001；

步骤204：基于等几何精确建模分析方法，计算U_AMPP处的约束函数值g(U_AMPP)，并判断是否足够靠近约束：若足够靠近约束，则进行步骤300中的二次可靠度分析；若不够靠近约束，返回步骤101；所述的足够靠近约束为其中，B(X_initial)为初始设计X_initial处结构的屈曲载荷；

步骤300：利用步骤204中一次可靠度信息进行二次可靠度分析，一次可靠度信息包括U_AMPP及该点处的约束函数值，包括以下子步骤：

步骤301：基于等几何精确建模分析方法，求解U_AMPP处的结构真实灵敏度以及二阶导数；

步骤302：利用二次可靠度近似方法对变刚度复合材料板壳结构进行可靠度分析，并求解失效概率p_f：若迭代停止，得到考虑可靠度约束以及制造约束的最优设计；若返回步骤101。