基于非概率可靠性的起重機金屬結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、起重機是減少體力勞動、提高作業(yè)效率、實現(xiàn)安全生產(chǎn)的輔助工具設(shè)備，其普遍應(yīng)用于機械制造、港口、建筑、交通等領(lǐng)域。起重機金屬結(jié)構(gòu)是起重機設(shè)備的主要組成部分，其用來承受和傳遞起重機設(shè)備負(fù)擔(dān)的各種工作載荷和自然載荷，因此其設(shè)計的好壞對起重機的整體性能起相當(dāng)大的作用。
　　起重機結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計是基于確定性進(jìn)行的，而在實際工程中結(jié)構(gòu)參數(shù)存在的不確定性可能會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不滿足可靠性要求。概率可靠性理論能夠處理參數(shù)的不確定性，但其需要足夠多的數(shù)據(jù)

2、來構(gòu)建概率可靠性模型，而在實際工程中較難獲得這些數(shù)據(jù)。非概率可靠性凸集理論用區(qū)間模型來描述這類不確定但有界的參數(shù)，只需獲得參數(shù)的邊界，其模型構(gòu)造簡單，具有較強的適用性。在基于區(qū)間模型的可靠性分析基礎(chǔ)上，考慮到起重機結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)方程不易直接求出，提出了基于響應(yīng)面法的非概率可靠性優(yōu)化方法對起重機金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。
　　首先，基于響應(yīng)面基本理論，用二次多項式擬合結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)函數(shù)，基于橢球模型和區(qū)間模型對算例進(jìn)行非概率可靠性分析，

3、對比分析在這兩種模型下計算出的非概率可靠性指標(biāo)，闡述這兩種模型之間的差異與聯(lián)系。
　　其次，非概率可靠性優(yōu)化是一個兩層嵌套的優(yōu)化問題，外層優(yōu)化是優(yōu)化與結(jié)構(gòu)性能相關(guān)的目標(biāo)函數(shù)，約束條件是滿足非概率可靠性要求，內(nèi)層優(yōu)化則是在滿足極限狀態(tài)函數(shù)的條件下，獲得非概率可靠性指標(biāo)。針對此問題，外層優(yōu)化采用遺傳算法進(jìn)行迭代計算，內(nèi)層優(yōu)化使用MATLAB優(yōu)化工具箱進(jìn)行求解，通過算例驗證了提出的方法是正確可行的。
　　最后，選擇橋式起重機主梁結(jié)

4、構(gòu)為本文的研究對象，對其進(jìn)行非概率可靠性優(yōu)化設(shè)計。首先運用ANSYS-APDL語言對主梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)化建模，然后對其進(jìn)行強度和剛度的校核計算；選擇主梁結(jié)構(gòu)中的不確定參數(shù)與設(shè)計變量，利用Isight軟件構(gòu)建起重機主梁結(jié)構(gòu)強度和剛度的響應(yīng)面模型，基于區(qū)間模型對主梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行非概率可靠性分析；然后以主梁結(jié)構(gòu)的體積為目標(biāo)函數(shù)，對其進(jìn)行傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和非概率可靠性優(yōu)化，對優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)果表明傳統(tǒng)優(yōu)化的結(jié)果不滿足可靠性要求，非概率可靠性優(yōu)化的結(jié)果