發(fā)布時間：2020-09-30 09:16

　　 工程結構設計方法一般可以分為三個層次:安全系數(shù)法、分項系數(shù)法和可靠性設計法。安全系數(shù)法便于工程師使用,但是由于它不能精確度量結構的不確定性,通常會使設計結果偏向保守或危險。可靠度設計直接采用結構可靠度作為設計指標,可以得到合理的設計結果,但是由于設計過程復雜而不能被廣泛使用。分項系數(shù)法可以充分考慮結構設計中的不確定性,得到便于設計師使用的規(guī)范形式。因此,本文提出了根據(jù)結構給定可靠度求解分項系數(shù)的方法,并基于分項系數(shù)進行結構不確定性優(yōu)化設計,并應用于彈箭體結構設計中。首先,闡述了本文研究工作的背景和意義,總結了相關研究領域的進展,指出基于安全系數(shù)的不確定優(yōu)化設計結果偏向保守或危險,存在局限性。本文提出了基于均值分項系數(shù)的不確定性設計方法,并通過數(shù)值算例分析了不同隨機變量數(shù)目、不同功能函數(shù)、不同目標可靠度下分項系數(shù)的規(guī)律,并將基于本文分項系數(shù)的優(yōu)化設計結果分別同基于安全系數(shù)和基于可靠度優(yōu)化的設計結果進行比較,驗證了該方法的有效性。然后,針對航天領域典型的正置正交加筋柱殼結構,考慮彎矩和軸壓作用建立了基于均值分項系數(shù)的輕量化設計模型,開展分項系數(shù)法設計,并與安全系數(shù)的設計結果和可靠度優(yōu)化設計結果進行了比較,說明了在實際工程中合理使用已知結構可靠度的設計樣本,通過均值分項系數(shù)的方法求得結構的分項系數(shù)值并作為設計規(guī)范,這樣既便于設計師使用,又可以得到滿足工程需要的設計結果。最后,針對航天領域典型的kagome格柵錐殼結構,建立了基于分項系數(shù)的結構輕量化設計模型,并將安全系數(shù)法、傳統(tǒng)分項系數(shù)法、可靠度優(yōu)化和本文的均值分項系數(shù)法的設計結果做對比,發(fā)現(xiàn)基于安全系數(shù)的優(yōu)化設計不能滿足目標可靠度并且消耗了大量材料;基于改進混沌控制的可靠度優(yōu)化方法可以獲得準確滿足目標可靠度的設計;使用基于均值分項系數(shù)的不確定性設計可以獲得近似滿足目標可靠度的設計,其設計優(yōu)于基于安全系數(shù)和基于傳統(tǒng)分項系數(shù)法的設計,接近可靠度優(yōu)化設計的結果。此外,針對目前商業(yè)化軟件中沒有用于可靠度優(yōu)化設計的模塊的問題,本文在SiPESC平臺構建了彈箭體結構的可靠度優(yōu)化模塊。本文將有限元分析、實驗設計方法、代理模型計算、優(yōu)化設計和可靠度分析集成到同一平臺上,形成用于可靠度優(yōu)化設計的功能模塊,解決了傳統(tǒng)商業(yè)化軟件中不存在可靠度優(yōu)化設計模塊的問題。
【學位單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TJ7
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 國內外相關研究進展
        1.2.1 基于可靠度的優(yōu)化設計方法
        1.2.2 安全系數(shù)設計方法
        1.2.3 分項系數(shù)設計方法
        1.2.4 網(wǎng)格加筋柱殼和格柵結構
    1.3 本文研究內容
2 安全系數(shù)法和分項系數(shù)法
    2.1 安全系數(shù)法
    2.2 分項系數(shù)法
    2.3 本章小結
3 基于分項系數(shù)的可靠度優(yōu)化方法
    3.1 一次二階矩可靠度分析
        3.1.1 可靠度指標法
        3.1.2 功能度量法
    3.2 基于不同不確定性信息水平的可靠度分析
        3.2.1 可靠度分析的不確定信息水平
        3.2.2 基于可靠度的均值分項系數(shù)法
        3.2.3 算例分析
    3.3 基于不同不確定性信息水平的可靠度優(yōu)化
        3.3.1 基于安全系數(shù)法的優(yōu)化設計
        3.3.2 基于一次二階矩方法自適應混沌控制法的可靠度優(yōu)化
        3.3.3 基于分項系數(shù)法的優(yōu)化設計
        3.3.4 算例分析
    3.4 本章小結
4 基于分項系數(shù)的彈箭體結構可靠度優(yōu)化
    4.1 實驗設計與代理模型
        4.1.1 拉丁超立方實驗設計方法
        4.1.2 Kriging代理模型
    4.2 基于SiPESC平臺面向彈箭體結構的可靠度優(yōu)化模塊
    4.3 正置正交加筋柱殼的可靠度優(yōu)化
        4.3.1 加筋柱殼結構的有限元分析
        4.3.2 代理模型的誤差分析
        4.3.3 基于代理模型的可靠度優(yōu)化
    4.4 本章小結
5 格柵錐殼結構基于分項系數(shù)的可靠度優(yōu)化
    5.1 復合材料格柵錐殼結構
        5.1.1 Kagome格柵結構的幾何特點
        5.1.2 Kagome格柵錐殼結構的有限元分析
    5.2 復合材料格柵錐殼結構的可靠度優(yōu)化
    5.3 本章小結
結論
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況
致謝

【參考文獻】

相關博士學位論文 前2條

1 郝鵬;面向新一代運載火箭的網(wǎng)格加筋柱殼結構優(yōu)化研究[D];大連理工大學;2013年

2 許林;基于可靠度的結構優(yōu)化研究[D];大連理工大學;2004年

本文編號：2830653