检索结果-内蒙古大学图书馆

华中科技大学学报（自然科学版） 2020年第5期48卷 55-60页

作者：徐志军韩星郑俊杰原方河南工业大学土木建筑学院河南郑州450001 华中科技大学土木工程与力学学院湖北武汉430074

为解决繁琐的计算制约着可靠度优化设计方法应用于桩基工程这一问题,分析了竖向荷载下基桩的破坏模式,利用可靠度理论和优化设计方法建立了可靠度优化设计模型.基于中心点法,提出了一种改进的可靠度优化计算方法,用以解决可靠度优化计... 详细信息

为解决繁琐的计算制约着可靠度优化设计方法应用于桩基工程这一问题,分析了竖向荷载下基桩的破坏模式,利用可靠度理论和优化设计方法建立了可靠度优化设计模型.基于中心点法,提出了一种改进的可靠度优化计算方法,用以解决可靠度优化计算中产生的非线性迭代繁琐过程.建立了可靠度指标的修正函数以提高计算精度,并利用线性回归方法给出了修正函数的计算方法.实例分析结果表明:改进的可靠度优化方法在提高计算效率的同时也保证了计算精度;局部优化和全局优化后的目标函数值分别减小了20.2%和24.9%,较大程度地降低了施工成本.

关键词：基桩可靠度优化设计竖向荷载目标函数非线性迭代

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基于概率充分因子的高效土质边坡可靠度优化设计

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武汉大学学报（工学版） 2016年第5期49卷 696-700页

作者：辛立光李典庆曹子君武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072

提出了基于概率充分因子的高效土质边坡可靠度优化设计方法.首先,采用拉丁超立方抽样法抽取设计空间中的设计样本;其次,利用子集模拟确定设计样本的概率充分因子,建立概率充分因子与设计变量(如边坡倾角)的设计响应面;最后,通过优化设... 详细信息

提出了基于概率充分因子的高效土质边坡可靠度优化设计方法.首先,采用拉丁超立方抽样法抽取设计空间中的设计样本;其次,利用子集模拟确定设计样本的概率充分因子,建立概率充分因子与设计变量(如边坡倾角)的设计响应面;最后,通过优化设计确定既满足目标可靠度水平又满足经济性要求的设计方案.通过一个土质边坡算例说明了算法的有效性.结果表明,概率充分因子可以有效地表征设计是否满足可靠度要求、建立较为准确的设计响应面,设计响应面解耦了可靠度优化设计中双循环过程,有效地提高了可靠度优化设计效率.

关键词：概率充分因子设计响应面可靠度优化设计子集模拟边坡稳定

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基于增强步长调节法的可靠度优化设计方法

基于增强步长调节法的可靠度优化设计方法

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作者：马瑞大连理工大学

学位级别：硕士

可靠度优化设计方法作为结构优化设计的一个重要发展方向,随着工程实践尤其是航空航天领域对结构可靠度要求的日益提高,可靠度优化设计方法得到了越来越多的关注。基于概率型不确定性的可靠度分析方法能够定量考虑结构中存在的各种不确... 详细信息

可靠度优化设计方法作为结构优化设计的一个重要发展方向,随着工程实践尤其是航空航天领域对结构可靠度要求的日益提高,可靠度优化设计方法得到了越来越多的关注。基于概率型不确定性的可靠度分析方法能够定量考虑结构中存在的各种不确定性因素,弥补了确定性优化只能以一个控制因子来粗略覆盖所有不确定性因素的缺陷。然而,可靠度优化设计面临的稳健性差效率低等问题极大制约了其在工程实践中的应用,因此,高效稳健的可靠度优化设计方法的研究具有重要意义。本文首先提出了基于功能度量法的增强步长调节法(ASSA)来改善迭代求解过程中的稳健性。ASSA方法旨在改善目前一次可靠度领域求解的效率与稳健性。ASSA方法通过使用全新的振荡识别机制,能够准确识别搜索过程错过最小性能目标点(MPTP)的情况,并且定位MPTP所在区间,限定搜索区间,增强迭代稳健性。同时,ASSA的步长调节机制能够高效逼近MPTP,大大提升收敛效率。此外,ASSA方法中没有需要预设的先验参数,保证了算法的适用性和稳定性。多个不同类型算例的计算结果表明,ASSA方法针对各种类型的问题都能够高效稳健求解。鉴于ASSA方法在功能度量法中的有效应用,通过对ASSA方法机制的适应性调整,将其成功应用于可靠度指标法问题的求解。ASSA方法应用于可靠度指标法时,同样具备优秀的计算效率与收敛稳定性,极大地改善了可靠度指标法问题的求解性能。由于可靠度优化设计本质是一个双层嵌套优化问题,导致在每个设计迭代点处都要进行一次完整的可靠度分析环节,带来了巨大的计算成本。对此,本文提出了基于改进的两点自适应非线性近似(TANA-2)函数拟合的可靠度优化设计方法,通过设定的判别准则,在目标可靠度指标超球面远离极限状态曲面时,基于TANA-2拟合函数使用ASSA方法近似求解MPTP,提升计算效率,而在足够靠近极限状态曲面时,基于真实的约束函数,使用ASSA方法求解MPTP,在关键处保证计算精度。这样,既提升了可靠度优化设计整个环节的计算效率,同时还有效保证了求解精度。此外,在两个相邻设计迭代点,保留上一迭代设计点处各功能函数MPTP方向向量作为下一迭代设计点处MPTP搜索的初始方向,通过这个策略,极大缩小了MPTP搜索前期的无效搜索范围,进一步有效提升可靠度优化设计的效率。多个可靠度优化经典算例表明,基于TANA-2函数拟合的可靠度优化设计方法能够进一步提升求解效率。

关键词：可靠度优化设计功能度量法可靠度指标法增强步长调节法两点自适应非线性近似

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结构静/动力可靠度分析与优化设计的高效算法研究

结构静/动力可靠度分析与优化设计的高效算法研究

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作者：李小兰大连理工大学

学位级别：博士

实际工程结构中普遍存在各种不确定性因素,如材料属性、几何尺寸、制造工艺和环境载荷等,直接影响工程结构的力学行为和服役性能。随着对大型复杂工程结构的建设需求不断提升,结构的可靠性要求也随之提高。考虑多种不确定性因素影响,深... 详细信息

实际工程结构中普遍存在各种不确定性因素,如材料属性、几何尺寸、制造工艺和环境载荷等,直接影响工程结构的力学行为和服役性能。随着对大型复杂工程结构的建设需求不断提升,结构的可靠性要求也随之提高。考虑多种不确定性因素影响,深入研究不确定性量化和传播,对结构可靠性评估和可靠度优化设计具有重要的学术理论意义和工程应用价值。结构可靠度优化设计需要多次进行可靠度分析,其计算效率极大地制约结构可靠度优化设计的实现。因此,亟待研究发展可靠性评估和可靠度优化设计的高效算法。在结构可靠度与优化设计理论发展过程中,研究者也面临一些亟待解决的重要问题。对于强非线性功能函数,结构可靠度分析的一次可靠度方法存在迭代计算不收敛现象。对于含强非线性功能函数的可靠度优化设计问题,单循环算法虽然比双循环算法和解耦算法高效,但是会出现数值不稳定和不收敛现象。实际工程结构的功能函数存在失效域分离、不连续结构响应和多设计点等复杂情形,现有方法难以统一求解具有上述复杂功能函数的结构静/动力可靠度计算问题。此外,对于含复杂功能函数(如多设计点)的结构静/动力可靠度优化设计问题,也缺乏高效、统一的计算框架。因此,本文围绕上述关键问题开展深入研究,发展静/动力结构可靠性评估和可靠度优化设计的高效方法,以服务于实际工程。主要研究内容如下:(1)基于离散系统混沌控制思想,提出了加速稳定转换法,实现了非线性映射函数不稳定不动点的稳定收敛,并将其拓展应用于结构可靠度分析。在非线性映射函数每一步迭代过程中,加速稳定转换法通过使用两次稳定转换法控制振荡方向上的步长,同时放松垂直于振荡方向上的步长,从而显著提高混沌控制的计算效率。研究表明,与稳定转换法相比,加速稳定转换法能够更加准确高效地稳定嵌入在混沌吸引子中不稳定的不动点。结构可靠度分析的一次可靠度方法构成一个典型的非线性迭代映射,加速稳定转换法能够实现一次可靠度迭代算法的收敛控制。(2)提出了混合自适应单循环算法,解决了单循环算法在求解含强非线性功能函数的可靠度优化设计问题时存在数值不稳定和难以收敛的问题。为了减少功能函数和目标函数调用次数,首先建立了一种能够精准识别标准正态空间中迭代点振荡性的判断准则,提出了修正混沌控制法中控制因子的自适应更新策略。然后,根据迭代点的振荡性,提出了自适应修正混沌控制法,可高效搜索设计点。最后,结合自适应修正混沌控制法与单循环算法,提出了混合自适应单循环算法。研究表明,本文建立的混合自适应单循环算法对含强非线性功能函数的可靠度优化设计问题更加稳定、高效。(3)针对具有挑战性的三类复杂功能函数(即失效域分离、不连续结构响应和多设计点)的结构静/动力可靠度分析问题,发展了基于直接概率积分法的准确、高效、统一框架。直接概率积分法基于与结构控制方程解耦的概率密度积分方程,利用概率空间剖分和狄拉克δ函数光滑化技术对该积分方程进行高效求解。通过联立结构的功能函数与概率密度积分方程,获得了含复杂功能函数的结构静/动力响应概率密度函数。研究表明,对于包含失效域分离的功能函数或具有不连续响应(即跳跃失稳行为)的拱结构,直接概率积分法通过求解结构响应的概率密度函数,能够准确高效地获得结构可靠度。当处理含多设计点的功能函数可靠度分析问题时,直接概率积分法能够避免搜索所有设计点的复杂求解过程。通过构造等价极值映射,直接概率积分法能够准确、快速地获得含有两个设计点的带调谐质量阻尼器的框架建筑结构动力可靠度。(4)将概率测度变换思想引入直接概率积分法,建立了含多设计点的结构静/动力可靠度优化设计问题的高效方法。在可靠度分析中,将概率密度积分方程在失效域积分,狄拉克δ函数可解析积分为Heaviside函数,从而省去直接概率积分法中狄拉克δ函数光滑化的步骤。借助直接概率积分法和概率测度变换,可实现概率约束对随机设计变量的灵敏度高效分析。研究表明,本文所提方法避免了在每一次迭代过程中搜索所有设计点的复杂过程,可高效地求解含多设计点的结构静/动力可靠度优化设计问题。在随机地震激励作用下,该方法对含有两个设计点的带调谐质量阻尼器的框架建筑结构进行动力可靠度优化设计,能获得满意的优化设计结果,且框架建筑结构层间刚度均值随着失效概率阈值的降低而增加。

关键词：静/动力结构可靠度分析可靠度优化设计复杂功能函数多设计点混合自适应单循环算法直接概率积分法

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浅谈基于可靠度的结构优化设计

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城市建设理论研究（电子版） 2012年第20期

作者：陈宇旋??? 广州城市规划勘测设计研究院

本文通过与传统优化模型的对比、分析，较详尽地讨论基于可靠度的结构优化设计的基本思想，总结结构可靠度优化设计的关键技术问题，提出了应用蒙特卡罗模拟进行基于可靠度的结构优化设计的研究方向。

关键词：传统优化设计结构可靠度可靠度优化设计

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多开口NURBS整体曲筋加强板的优化设计研究

多开口NURBS整体曲筋加强板的优化设计研究

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作者：胡琦琦大连理工大学

学位级别：硕士

由于加筋结构具有较高的比高度和比强度,目前被广泛用于航空航天工业。同时,为了满足装配、管路铺设等需求,这类薄壁结构的开口不可避免,将会引起结构材料与应力的不连续。在飞行过程中,开口的不连续性会导致壳体的极限承载能力显著降... 详细信息

由于加筋结构具有较高的比高度和比强度,目前被广泛用于航空航天工业。同时,为了满足装配、管路铺设等需求,这类薄壁结构的开口不可避免,将会引起结构材料与应力的不连续。在飞行过程中,开口的不连续性会导致壳体的极限承载能力显著降低。因此针对薄壁结构的开口补强研究具有重要意义。相对于直筋补强,曲筋的优化设计潜力更大且补强效果更佳。故本文的研究内容为:建立多开口曲筋加强板的确定性优化设计框架以及可靠度优化设计框架,并证明曲筋开口补强相对于直筋开口补强的优势。对本文的工作阐述如下:(1)建立了曲筋加强板的确定性优化设计框架。针对典型航空加筋板算例,开展了同等工况下直筋加强板和曲筋加强板的优化设计。结果表明直筋本身会对设计空间进行缩小,而曲筋加强板中的筋条占重比更大,有更好的开口补强作用。同时,曲线加筋形成的张力场更有利于载荷沿筋条的扩散,曲线加筋还可以根据开口的相对位置和形状来自适应地改善其传力路径。(2)进一步,开展了考虑多变量的曲筋加强板的双层优化设计和多开口加筋壳的优化设计。第一个优化设计考虑了筋条的不等厚,蒙皮的分区域不等厚以及开口附近的加强环。第二个优化设计为四分之一圆柱壳结构,仅分析了筋条布局的单方面影响。在此基础上,对优化的加筋板做了缺陷敏感性分析。结果发现,曲筋加强板尽管对缺陷更加敏感,但是仍然具有很大的实际承载优势。(3)建立了曲筋加强板的可靠度优化设计框架。该框架共分三步,首先开展确定性优化设计,基于所有设计变量的全局寻优;然后固定筋条的布局,开展其他设计变量的基于代理模型的可靠度优化设计;接着进行筋条布局的局部确定性优化设计。最终给出基于框架的曲筋加强板的最优设计。本文的设计研究工作建立了多开口曲筋加强板的确定性优化设计框架和可靠度优化设计框架。同时,考虑了其对缺陷的敏感性,并探究了曲线加筋优势的内在机理。对曲筋加强板的优化设计具有一定的参考价值。

关键词：曲筋加强板开口补强优化设计代理模型可靠度优化设计

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高置信水平结构逆可靠度分析与优化方法研究进展

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力学学报 2024年第2期56卷 310-326页

作者：郝鹏杨浩冯少军王博工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室辽宁大连116024 大连理工大学工程力学系辽宁大连116024

不确定性客观存在于工程结构生产制造以及服役等各环节之中并对结构的承载性能影响显著.特别是对于服役条件苛刻的航空航天承载装备,在设计阶段考虑多源不确定性的影响对于结构安全至关重要.在众多不确定性分析方法中,逆可靠度分析方法... 详细信息

不确定性客观存在于工程结构生产制造以及服役等各环节之中并对结构的承载性能影响显著.特别是对于服役条件苛刻的航空航天承载装备,在设计阶段考虑多源不确定性的影响对于结构安全至关重要.在众多不确定性分析方法中,逆可靠度分析方法在效率和稳健性方面具有一定优势.为此,国内外学者在高置信水平结构逆可靠度分析与优化方法方面开展了大量研究并取得了长足进步,包括自适应迭代控制算法、先进可靠度优化策略与非充分样本下的高置信水平设计方法等.本文首先对国内外逆可靠度分析与优化方法取得的进展进行了系统梳理与总结,特别是逆可靠度分析方法的发展历程以及面临的挑战问题,主要包括强非线性功能函数、多设计点以及低失效概率问题.进一步,针对长期困扰可靠度方法实际应用的小样本问题,重点从结构高置信水平可靠度分析与优化理论角度开展系统介绍,详细论述了小样本诱发的认知不确定性到可靠度置信水平的传播链条.最后,基于现有成果和国家重大前沿需求,重点围绕航天装备可重复使用需求对结构可靠度未来研究方向进行了思考与展望,期望相关研究成果能够进一步助力我国航空航天结构实现高可靠性与极致轻量化设计.

关键词：航空航天结构逆可靠度分析可靠度优化设计置信水平优化设计小样本

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磁式滑移隔震体系及其在基础隔震中的应用

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南京工业大学学报（自然科学版） 2021年第3期43卷 300-310页

作者：彭勇波李杰同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

研究了一类基于电涡流自适应耗能机制和可变限位模式的磁式滑移隔震体系,并考虑不同的界面摩擦特性,研制了以聚四氟乙烯板(PTFE)铝板为滑动界面的内磁式滑移隔震支座(IMB)和以高压机油铝板为滑动界面的液磁式滑移隔震支座(HMB)。通过开... 详细信息

研究了一类基于电涡流自适应耗能机制和可变限位模式的磁式滑移隔震体系,并考虑不同的界面摩擦特性,研制了以聚四氟乙烯板(PTFE)铝板为滑动界面的内磁式滑移隔震支座(IMB)和以高压机油铝板为滑动界面的液磁式滑移隔震支座(HMB)。通过开展隔震支座磁电耦合有限元模拟、理论推导和拟静力试验,深入研究了磁式滑移支座力位移关系,揭示了磁式滑移隔震结构系统的场地适应性:在近远场地震动、软硬场地土条件下,IMB、HMB比铅芯橡胶支座(LRB)、摩擦摆支座(CSS)具有更优越的隔震性能。在此基础上,进行了非平稳随机地震动作用下磁式滑移隔震结构随机地震响应与可靠度分析,开展了基于整体抗震可靠度的隔震结构系统优化设计:优化后隔震支座抵抗滑移变形能力和耗能能力均增强一倍,在罕遇地震作用下,隔震层位移可靠度提升15%。本文研究为高烈度地震区传统隔震体系面临的瓶颈问题提供了良好的解决方案。

关键词：磁式滑移支座恢复力建模场地适应性随机地震动可靠度优化设计

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考虑不确定性的结构优化理论与方法

考虑不确定性的结构优化理论与方法

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作者：亢战程耿东杨迪雄李刚大连理工大学

属计算固体力学、结构力学领域。随着航天航空等领域高端装备的结构设计不断逼近力学性能极限，材料、制造误差、荷载等的不确定性及其耦合导致结构性能难以准确预知，使得传统的确定性设计受到严重挑战。对诸多不确定性予以科学的表征... 详细信息

标准号: 1700320339

属计算固体力学、结构力学领域。随着航天航空等领域高端装备的结构设计不断逼近力学性能极限，材料、制造误差、荷载等的不确定性及其耦合导致结构性能难以准确预知，使得传统的确定性设计受到严重挑战。对诸多不确定性予以科学的表征和严格、定量的考虑，成为力学分析和优化设计的前沿。该项目瞄准可靠度优化嵌套列式求解的本质困难、有界参数结构优化的建模和大规模问题求解方法、可靠度分析与优化关键算法误差和不收敛机理三个核心问题，致力于解决长期困扰理论研究并制约工程应用的难点与瓶颈。研究历时近20年，形成不确定性分析与优化理论和算法原创性和系统性成果，发现点包括：1.针对可靠度优化嵌套问题本质困难，提出了将可靠度分析与结构优化纳入单层列式的序列近似规划法（SAP),实现了两者同步收敛的高效求解，并给出收敛性分析；应用该方法于不同类型的不确定性优化问题。被同行与其它流行方法比较后称“处理复杂结构最有效”、“至少是可靠度优化设计最强大的方法之一”。其基本思想引发了一批后续研究与应用。首次提出半解析法灵敏度分析的单元刚体运动测试方法，用于预示反常误差并构造精化方法，扫清了困扰其精度问题的理论障碍，被国际结构安全与可靠度学会IASSAR执行主席Frangopol等著名学者列为可靠度分析与优化“最重要的结果”和“重要贡献”。2.提出了系统化的多椭球凸模型方法及其可靠度度量，构造了性态良好的结构优化列式和求解方法，建立了有界参数结构非概率可靠度优化的创新理论框架。可处理不同关联特征的多源不确定性，并使可求解的复杂度和规模显著改观，应用于具有大量设计变量的拓扑优化。被IASSAR执行主席Frangopol、Mullineux等该领域著名专家称为“新颖的优化技术”、“更通用的可靠度优化方法”，并被同行应用于一批后续研究或实际背景的结构优化问题。首次提出保体积密度过滤方法，构造了点密度插值模型，实现了拓扑边界的清晰定义；前者被国际结构与多学科优化学会ISSMO前主席Sigmund等用于鲁棒性优化。3.揭示了全局优化设计的混沌优化方法的本质和性能，提出了基于多种混沌映射模型的混合优化算法，评价为“更有效的策略”、“全局优化的新方法”，被同行应用于若干非线性工程优化问题，对全局优化性能和效率的分析成为后续研究依据。发现了可靠度分析和优化经典迭代算法周期振荡和混沌解等数值不稳定现象的离散系统混沌动力学机理，启发一批同行重新审视算法收敛性问题；该理论指导下提出了收敛控制的稳定转换法。被列为过去30年对常用的“基于FORM的可靠度方法发展做出贡献’’的工作，并被同行推广到多个领域。20篇主要论著SCI他引481次，总他引1060次；8篇代表作SCI他引320次，总他引464次。

关键词：复杂结构设计结构优化不确定性分析可靠度优化设计

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