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當(dāng)前位置：首頁(yè) > 新聞信息- 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)可靠性魯棒分析及優(yōu)化算法研究
- 錄入時(shí)間: 2012/8/24
- 現(xiàn)有的可靠性分析和可靠性?xún)?yōu)化研究主要考慮隨機(jī)不確定因素對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響,而忽略了非概率及混合不確定性因素的影響。魯棒優(yōu)化設(shè)計(jì)主要集中于目標(biāo)魯棒性?xún)?yōu)化,考慮的是隨機(jī)擾動(dòng)對(duì)目標(biāo)函數(shù)的影響,而攸關(guān)結(jié)構(gòu)安全的約束魯棒優(yōu)化研究沒(méi)有受到足夠的重視,這類(lèi)魯棒優(yōu)化考慮的是擾動(dòng)對(duì)約束條件的影響。同時(shí),可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)和魯棒優(yōu)化設(shè)計(jì)通常為多重優(yōu)化問(wèn)題,計(jì)算量巨大,因此只有開(kāi)發(fā)高效的優(yōu)化算法,建立合適的可靠性魯棒分析模型及求解策略,才能提高計(jì)算效率,有效地解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)可靠性魯棒優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題,滿足實(shí)際工程設(shè)計(jì)的需求。針對(duì)以上問(wèn)題,本文的主要研究?jī)?nèi)容和取得的成果如下： (1)通過(guò)引入設(shè)計(jì)變量的容差域模型,將其衡量設(shè)計(jì)變量的實(shí)現(xiàn)值跟名義值之間的差異。定義了考慮設(shè)計(jì)變量容差時(shí)的約束魯棒性指標(biāo),構(gòu)建了相應(yīng)的約束魯棒優(yōu)化模型,并提出了兩種求解約束魯棒優(yōu)化的序列優(yōu)化算法。 (2)針對(duì)隨機(jī)變量和設(shè)計(jì)變量認(rèn)知不確定性共存情況下的混合不確定信息,構(gòu)建了可靠性魯棒分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)模型,并提出了基于移動(dòng)因子的序列優(yōu)化算法。在尋優(yōu)過(guò)程中,結(jié)合可靠度逆分析和魯棒性逆分析,將多重可靠性魯棒優(yōu)化轉(zhuǎn)化為序列優(yōu)化環(huán),每一環(huán)中包含一次優(yōu)化問(wèn)題和一次可靠性魯棒分析,從而提高了可靠性魯棒優(yōu)化問(wèn)題的計(jì)算效率,拓展了其解決實(shí)際復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。 (3)提出了適用性更廣的混合代理模型(hybrid surrogate model, HSM),該模型首先將樣本點(diǎn)構(gòu)建響應(yīng)面模型(response surface model, RSM)模型,然后對(duì)RSM模型在這些樣本點(diǎn)處插值殘差進(jìn)行徑向基函數(shù)(radial basis function, RBF)插值,對(duì)于低維優(yōu)化問(wèn)題,HSM有RSM同樣的精度,對(duì)于高維優(yōu)化問(wèn)題,HSM有著RBF同樣的精度。鑒于智能優(yōu)化算法都基于種群的算法,即對(duì)于一個(gè)簡(jiǎn)單的優(yōu)化問(wèn)題,都需要初始化較大的種群,這大大限制了智能優(yōu)化算法的廣泛應(yīng)用,因?yàn)楣こ虒?shí)際中,進(jìn)行一次的數(shù)值分析都需要很長(zhǎng)的時(shí)間,少則數(shù)小時(shí),多則數(shù)月。我們開(kāi)發(fā)出了高效的基于混合代理模型的粒子群算法。 (4)對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題,既要保證設(shè)計(jì)結(jié)果具有較好的計(jì)算精度,又要使得計(jì)算成本可行。本文建立了一種結(jié)合基于混合代理模型的粒子群算法(surrogate based particle swarm optimization, SBPSO)和有限元法的結(jié)構(gòu)優(yōu)化求解方法,并應(yīng)用于金屬內(nèi)襯復(fù)合材料壓力容器可靠性魯棒優(yōu)化。該方法同時(shí)具備SBPSO和有限元的優(yōu)點(diǎn)：采用ANSYS/APDL編制程序,對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析,保障了應(yīng)力和變形計(jì)算的精度；利用SBPSO進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算,在保證全局收斂性的同時(shí),又大大減少計(jì)算量,提高了優(yōu)化問(wèn)題的計(jì)算效率。對(duì)于復(fù)合材料層合板,同時(shí)考慮了層合板面內(nèi)失效和層間應(yīng)力引起的層間分層破壞,對(duì)其進(jìn)行可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)于金屬內(nèi)襯復(fù)合材料壓力容器,對(duì)復(fù)合材料層和金屬內(nèi)襯層分別采用Tsai-Wu失效準(zhǔn)則和Mises失效準(zhǔn)則,以形狀因子最大化為目標(biāo),筒身段螺旋纏繞角a,金屬內(nèi)襯的厚度tm以及環(huán)向纏繞在封頭部分延續(xù)的距離d0為設(shè)計(jì)變量,分別進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì),可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)和可靠性魯棒優(yōu)化設(shè)計(jì),并對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行了比較。算例表明,SBPSO和ANSYS相結(jié)合的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、可靠性?xún)?yōu)化以及可靠性魯棒優(yōu)化求解方法具有較強(qiáng)的實(shí)用性和通用性,對(duì)解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)的優(yōu)化計(jì)算和可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)具有很大的潛力。