復合材料層合結構的可靠性設計方法及優(yōu)化算法研究.pdf

1、纖維增強復合材料(FRP)是一種高強度、低密度材料,具有很多其它材料所沒有的優(yōu)點或特點,廣泛應用于航空、航天、造船和汽車等領域。對于纖維增強復合材料結構的研究,特別是對結構可靠性分析及可靠性優(yōu)化設計的研究,是近年來備受關注的問題?，F有的可靠性分析和可靠性優(yōu)化研究主要考慮概率不確定因素對結構性能的影響,而忽略了非概率及混合不確定性因素的影響。同時,由于結構系統(tǒng)可靠性分析一般涉及到大量的失效模式以及失效模式相關性問題,且可靠性設計通常為多重

2、優(yōu)化問題,計算量巨大,因此只有建立合適的可靠性分析模型及優(yōu)化求解方法,才能提高計算效率,有效地解決復雜結構可靠性優(yōu)化設計問題,滿足實際工程設計的需求。
　　針對以上問題,本文的主要研究內容和取得的成果如下:
　　(1)建立了混合不確定性可靠性分析模型和優(yōu)化設計模型,研究了優(yōu)化問題的求解策略,并將其用于復合材料可靠性優(yōu)化設計。在工程實際中,不確定信息常常是以混合不確定的方式存在,既有隨機不確定,又會有區(qū)間不確定。為使理論模型真

3、實反映客觀實際,避免人為假定的風險,就必須合理評價這些混合不確定因素對結構性能的影響。本文針對隨機變量和區(qū)間變量共存情況下的混合不確定信息,建立了可靠性分析模型和優(yōu)化設計模型。該模型采用可靠性逆分析方法直接進行可靠性約束的評價,計算效率高,且能夠有效避免通常正向可靠性分析中易發(fā)生的迭代奇異性。同時,在尋優(yōu)過程中,結合可靠度分析逆解法和序列優(yōu)化環(huán)方法,將可靠性優(yōu)化問題中的優(yōu)化問題和可靠性分析進行解耦,將多重可靠性優(yōu)化轉化為序列優(yōu)化環(huán),從而

4、提高了可靠性優(yōu)化問題的計算效率,拓展了其解決實際復雜工程問題的能力。
　　(2)研究和分析了粒子群優(yōu)化算法(PSO),對其收斂性能進行改進,并將其用于可靠性優(yōu)化設計問題的求解。對于實際工程中的高度非線性、多局部極值、目標函數不可導等復雜問題,傳統(tǒng)的梯度型優(yōu)化算法常常存在函數求導困難或不能求導的問題,導致可靠性優(yōu)化設計無法進行。本論文研究了具有較高計算效率的智能優(yōu)化算法——粒子群優(yōu)化算法,針對該算法在尋優(yōu)過程中遇到的過早收斂和后期收

5、斂能力不足,分別提出了兩種不同的改進措施;并首次采用改進的粒子群優(yōu)化算法分析了復合材料層合結構可靠性優(yōu)化設計問題,通過算例,論證了粒子群優(yōu)化算法用于可靠性優(yōu)化設計問題的可行性。
　　(3)討論了復雜系統(tǒng)可靠性優(yōu)化設計問題求解方法。對于復雜系統(tǒng)可靠性優(yōu)化設計問題,既要保證設計結果具有較好的計算精度,又要使得計算成本可行。本文建立了一種基于粒子群優(yōu)化算法PSO和有限元法ANSYS相結合的可靠性優(yōu)化求解方法。該方法同時具備粒子群優(yōu)化算法