[发明专利]一种结构系统非概率可靠性优化设计方法

摘要

本发明公开了一种结构系统非概率可靠性优化设计方法，其步骤如下：(1)基于安全系数设计方法，优化得到给定安全系数下结构系统的设计方案；(2)基于结构系统中不确定源的定量化结果，通过区间不确定分析方法得到多失效模式下结构系统响应的分散性；(3)引入非概率可靠性指标，计算多失效模式下结构系统的可靠度；(4)以安全系数方案下非概率可靠度或给定要求可靠度为约束条件，建立非概率可靠性优化设计模型；(5)基于常规优化算法求解该优化问题，得到具有最优可靠度分配的结构系统设计方案。本发明在保证安全系数设计方案非概率可靠性的基础上，进一步降低了结构系统质量，提高了结构系统的使用性能。

主权项

一种结构系统非概率可靠性优化设计方法，其特征在于，该方法实现步骤如下：步骤(1)、选取结构系统的尺寸参数为设计变量，记为X，各尺寸参数被限定在给定范围内，即xi∈[ximin,ximax]，i＝1,2,…,m1其中x为尺寸参数，i为变量编号，ximin为给定xi范围的最小值，ximax为给定xi范围的最大值，一般依靠工程经验以及工程造价条件给定；步骤(2)、基于传统的安全系数设计方法，以结构质量为目标函数，以元件强度为约束条件，依据工程经验选取安全系数n，建立优化设计模型，基于建立的优化模型，通过常规优化算法进行求解，得到满足设计要求的最优安全系数设计方案，此时的结构系统尺寸记为步骤(3)、针对结构系统中存在的各类不确定性参数，记为P，通过小样本定量化方法评估各不确定性的变化区间，即k＝1,2,…,m3其中p为不确定性参数，m3为不确定性参数的数目，k为参数编号，pk为定量化pk区间的下界，为定量化pk区间的上界；步骤(4)、基于步骤(3)得到的不确定性参数定量化结果，通过区间不确定性传播分析方法，得到各失效模式下的结构响应区间，第j个失效模式下结构系统的最大应力区间记为j＝1,2,…,m2；步骤(5)、定义各失效模式下的功能函数为M，其中第j个失效模式下结构系统功能函数记为引入非概率可靠性指标，根据各失效模式下的功能函数计算得到相应的非概率可靠度，记为η，其中第j个失效模式下结构系统功能函数记为ηj；步骤(6)、基于步骤(5)中得到的各失效模式下结构系统的可靠度η，考虑各失效模式间的相关性，通过计算结构系统综合了所有失效模式的总体可靠度R0；步骤(7)、依据步骤(6)中得到的总体可靠度R0，以结构质量为目标函数，以结构系统的总体可靠度大于规定值为约束条件，建立基于非概率可靠性的优化设计模型；步骤(8)、以步骤(2)得到的最优安全系数设计方法为初始值，通过常规的梯度优化算法对步骤(7)中的优化模型进行求解，得到最优可靠性设计方案，此时结构系统尺寸记为