[发明专利]一种结构概率优化设计方法

摘要

本发明一种结构概率优化设计方法属于航空结构优化设计领域。本发明在结构有限元分析的基础上，利用数理统计的方法对应力/应变计算结果进行处理，获得应力/应变如均值和方差的概率特征，再根据结构设计可靠度要求确定应力大小，最后利用满应力/满应变方法进行结构优化设计。采取上述处理方法，使得结构设计有了很大改善，与初始设计相比结构重量减轻而结构可靠度提高。一方面，采用概率方法计算得到的应力，能够体现结构可靠度要求，较之确定性分析有了很大进步；另一方面，采用满应力/满应变方法设计，既能减轻重量，又保证了结构可靠度符合要求。

主权项

1.一种结构概率优化设计方法，该方法采取以下步骤：1)结构分组处理在结构建模过程中，将材料和尺寸相同的单元合并为一个分组，或者对已经建好的模型，根据设计要求重新调整分组，优化设计只在经过分组处理的结构有限元模型上进行；2)应力/应变计算采用结构分析软件对分组处理后的结构进行有限元分析，计算分组内每个元素所有工况下的应力和应变。在实际计算过程中，采用自研软件COMPASS进行分析，主要是方便概率优化设计功能的开发和实现；3)应力/应变统计4)概率应力/应变的确定5)应力比计算根据步骤3）和4）计算得到概率应力/应变，以及应力/应变的许用值，调用COMPASS应力比计算模块，计算应力/应变；6)尺寸调整调用COMPASS优化设计模块，依据分组内元素应力/应变比，对分组内元素尺寸进行调整，得到一个新的设计方案；7)收敛判断如果新老设计方案的结构重量相差满足迭代收敛准则，则停止迭代输出优化设计结果，否则继续上述步骤；其特征在于，本方法中第三个步骤中应力/应变统计采取以下方式进行：从自研软件COMPASS分析得出的计算结果中提取分组内所有单元所有载荷工况下的应力/应变，进行统计处理计算分组单元应力/应变的均值μ和方差σ²：μ=1N*MΣStress(Strain)]]>σ2=1N*M-1Σ(Stress(Strain)-μ)2]]>其中，N为载荷工况数，M为分组内单元个数；本方法中第四个步骤概率应力/应变的确定：在根据结构可靠度要求确定可靠度指标的基础上，计算分组单元概率应力/应变的大小，根据结构可靠度要求查正态分布表得到可靠度指标u，进一步确定单元概率应力和应变。Stress(Strain)_p＝μ+kσ