随机杆系结构的随机优化设计

研究了随机杆系结构在随机荷载作用下的随机优化设计问题。构建了以杆系截面积随机变量为设计变量、具有位移和应力概率约束的结构优化模型,并提出了将随机优化模型等价转化的求解策略;在同时考虑结构物理参数、几何尺寸和作用荷载随机性的情况下,给出了结构有限元和基于可靠性的灵敏度分析方法。算例表明:文中提出的随机结构分析和优化模型与设计方法是合理、可行和有效的。     

随机-区间混合参数桁架结构有限元分析方法研究

以随机-区间混合参数桁架结构为对象,研究了其在随机力作用下的有限元分析方法。利用随机因子法和区间因子法,建立了结构中随机参数和区间参数同时存在时的有限元方程;利用代数综合法推导出结构位移响应均值、方差的计算表达式。最后通过算例分析了结构物理参数、几何参数和外载荷为随机变量或区间变量时对结构位移和应力响应的影响,并验证了模型和方法的合理性与可行性。     

随机载荷作用下结构低周疲劳可靠性研究

将影响结构低周疲劳寿命的不确定因素视为随机变量,基于可靠性分析理论,从概率论和数理统计的角度出发对随机载荷作用下的结构低周疲劳进行了可靠性分析.利用Neuber法得到低周疲劳结构的随机应力和应变响应.将随机载荷作用下的结构低周疲劳表示为材料参数、结构尺寸、载荷等随机变量的函数,并推导出了功能函数对随机变量偏导的表达式.算例显示了该方法的有效性和适用性.     

基于随机有限元的接触问题可靠性形状优化设计

针对含接触的结构可靠性形状优化设计问题，在简要介绍结构可靠性形状优化设计的基础上，重点推导并给出了接触问题的随机有限元的灵敏度全解析分析的表达式，包括可靠度指标的灵敏度分析、接触条件的灵敏度分析及相应的边界支配方程、结构响应量的灵敏度分析等。通过算例，验证了所提出的优化方法的正确性。     

随机参数刚架结构的平稳随机位移响应动力可靠性分析

研究物理参数具有随机性的刚架结构的平稳随机位移响应动力可靠性的计算方法。考虑结构的物理参数具有随机性，从结构随机响应的频域表达式出发，利用求解随机变量数字特征的代数综合法和矩法，导出随机参数刚架结构在平稳随机激励下的位移及速度响应均方值的数字特征，再由动力可靠性的Poisson公式导出结构动力可靠度的计算公式。通过算例就各参数的随机性对结构动力可靠度的影响进行分析，验证本文方法的可行性。     

基于鞍点逼近的机械零部件可靠性及其灵敏度分析

将鞍点逼近理论与灵敏度分析方法相结合,讨论具有随机参数的机械零部件可靠性及其灵敏度问题。在基本随机参数概率分布已知的前提下,应用鞍点逼近技术获得了外载荷作用下随机结构响应的概率密度函数和分布函数。在实例计算中,对螺栓、汽车前轴进行数值分析,将所提方法得出的数值分析结果与Monte-Carlo方法计算的结果进行对比验证,得出由鞍点逼近技术计算概率密度函数和分布函数具有计算结果准确度高、计算速率较快、尾部分布较好的优点。应用灵敏度分析方法,利用鞍点逼近技术计算的随机结构响应的概率密度函数,得到机械零部件随机参数可靠性灵敏度的变化规律,研究设计参数的改变对螺栓、汽车前轴可靠性的影响,为机械零部件的可靠性设计提供理论依据。     

简谐载荷作用下连续体结构位移响应拓扑优化

研究了简谐载荷作用下以结构指定位置位移响应幅值为设计目标、结构体积为约束的结构拓扑优化设计问题.利用频率响应法和模态叠加法求解结构在简谐载荷作用下的动位移响应,并对其动位移响应灵敏度进行了求解.同时,为消除动力学拓扑优化问题中易出现的局部模态现象,引入材料属性的多项式插值模型,采用了灵敏度再分配方法避免拓扑优化过程中的棋盘格现象.优化模型采用GCM算法求解,经优化算例验证,所提出的方法是可行性的.     

随机智能桁架结构闭环控制平稳随机响应分析

研究平稳随机激励下随机智能桁架结构的闭环动力响应问题。同时考虑智能桁架结构的物理参数、几何尺寸和阻尼的随机性,利用矩法和代数综合法,从结构平稳随机响应在频域上的表达式出发,分别导出随机智能桁架结构在平稳随机激励下闭环位移响应均方值和应力响应均方值的均值、方差的计算表达式。通过算例考察结构物理参数、几何尺寸和阻尼的随机性对结构位移响应均方值与应力响应均方值随机变量随机性的影响,并获得若干有意义的结论。     

基于非概率可靠性的连续体结构拓扑优化设计

研究区间参数的连续体结构在区间载荷作用下的拓扑优化设计问题.构建区间载荷作用下区间参数连续体结构的拓扑优化设计数学模型,以结构的形状拓扑信息为设计变量,结构总质量均值极小化为目标函数,满足单元区间应力非概率可靠性为约束条件.基于区间因子法,导出应力响应的均值和离差的计算表达式.采用双方向渐进结构优化(bi-directional evolutionary structural optimization, BESO)的求解策略与方法.通过两个算例验证文中模型及求解策略与方法的合理性和方法的有效性.     

基于随机有限元方法的地面雷达支耳连接结构可靠性评估

支耳连接结构广泛存在于地面雷达机械系统中,其可靠性对于雷达装备安全具有重要影响。因此,采用随机有限元方法和广义强度干涉理论对其进行结构可靠性评估。首先构建支耳连接结构参数化有限元模型,将载荷、材料、几何等随机参数作为随机变量,评估结构可靠性,并进行参数灵敏度分析。研究结果表明,随机有限元方法能有效评估不确定工作环境下结构可靠性,为雷达支耳连接结构的可靠性分析及其优化设计提供了理论依据。     

基于神经网络和遗传算法的结构动力特性优化设计

以某型号摩托车架为研究对象,建立了其动力特性优化设计的数学模型,这是一个有应力、位移、频率及尺寸上下界约束的最轻重量结构设计问题。采用神经网络作结构近似重分析,遗传算法寻找离散变量的全局最优点,数值算例表明了该方法的有效性。     

随机参数轴盘扭振结构系统动力特性优化设计

研究具有随机参数的轴盘扭转振动系统动力特性的可靠性优化设计问题。给出在考虑结构材料密度和切变弹性模量为随机变量时,结构系统动力特性数字特征的计算方法,建立以轴和盘的几何尺寸为设计变量,结构总质量均值极小化为目标函数,满足基频或频率禁区可靠性约束的结构系统动力优化设计数学模型,利用复合形法求解。通过算例表明该模型和方法是合理与有效的。     

基于灵敏度分析的三维结构等几何形状优化方法

以等几何分析为数值分析方法,针对三维结构的线弹性问题,以优化边界控制点坐标为设计变量,通过Coons体插值方法得到插值控制点对优化边界控制点的坐标导数,推导了单元刚度矩阵对控制点坐标变量的形状优化灵敏度方程,并对应力灵敏度和位移灵敏度方程进行了推导。数值算例证明该方法具有较高的优化效率,优化结果良好。     

Linearized homogeneous constraints in structural design

Properties of the linearized truss optimization problem are presented. It is shown that since the nodal displacements and member stresses are special homogeneous functions in the design variables, the linearized constraints have interesting and useful properties. The nature of the linearized structural problem in the cross-sectional and compliance design spaces are evaluated and compared. The theory is illustrated with examples from the classical three-bar truss problem.     

基于神经网络和分解技术的叶片强度可靠性设计及敏感性分析

考虑随机因素的影响对叶片进行可靠性设计和敏感性分析是叶片高可靠性工作的要求．当叶片结构响应为随机变量隐性函数时,无法采用常规可靠性设计方法求解随机设计参数．以某实验台汽轮机等直叶片为研究对象,提出了基于有限元、神经网络和分解技术的可靠性设计方法,将有限元和神经网络相结合,成功构造出功能函数与随机输入变量之间的近似解析表达式;运用分解技术,将求解随机设计变量的全局优化问题分解为简单的主问题和子问题,通过子问题直接调用标准优化工具箱得到可靠性指标并运用分解迭代技术对主问题求解从而得到随机设计参数．此外,该方法不需额外计算就可得到目标可靠性指标对各随机变量的敏感性,从而定量地判断出输入变量（变量的均值或变异系数）对可靠性指标的影响程度．该方法成功解决了叶片结构响应为随机变量隐性函数时的可靠性设计问题,数学描述简单并可直接应用标准优化程序,降低了工程难度,具有较好的应用价值．     

多失效模式机械零部件可靠性灵敏度设计

基于应力-强度干涉模型,应用概率摄动法及四阶矩技术,讨论多失效模式下机械零部件可靠性分析问题.利用灵敏度分析的梯度算法,确定各个随机参数对机械零部件可靠性灵敏度.在随机参数前四阶矩已知的情况下,放松对随机参数的分布概型限制,使之更接近于工程实际,从而为多失效模式作用下机械零部件可靠性分析和可靠性设计等方面提供理论依据和方法参考.     

Design optimization of a wind turbine gear transmission based on fatigue reliability sensitivity

Fatigue failure of gear transmission is one of the key factors that restrict the performance and service life of wind turbines. One of the major concerns in gear transmission under random loading conditions is the disregard of dynamic fatigue reliability in conventional design methods. Various issues, such as overweight structure or insufficient fatigue reliability, require continuous improvements in the reliability-based design optimization (RBDO) methodology. In this work, a novel gear transmission optimization model based on dynamic fatigue reliability sensitivity is developed to predict the optimal structural parameters of a wind turbine gear transmission. In the model, the dynamic fatigue reliability of the gear transmission is evaluated based on stress–strength interference theory. Design variables are determined based on the reliability sensitivity and correlation coefficient of the initial design parameters. The optimal structural parameters with the minimum volume are identified using the genetic algorithm in consideration of the dynamic fatigue reliability constraints. Comparison of the initial and optimized structures shows that the volume decreases by 3.58% while ensuring fatigue reliability. This work provides new insights into the RBDO of transmission systems from the perspective of reliability sensitivity.     

考虑疲劳本构随机性的结构应力疲劳可靠性分析方法

提出考虑疲劳本构关系随机性的结构应力疲劳可靠性分析方法。视循环本构模型的材料常数为相关随机变量,考虑存活概率和置信度2个概率测度,与疲劳试验有机结合,应用极大似然原理建立随机疲劳本构的概率模型。随机疲劳强度即概率S－N关系也用2个概率测度下表征,并考虑从中短到长寿命阶段的可能工程实践范围。基于载荷史服从疲劳本构关系产生随机应力载荷、给定寿命时概率S－N关系揭示结构强度分布的观点,建立随机应力载荷—强度干涉可靠性分析模型,可实现任意概率水平的可靠性寿命预测和可靠度评定。中国铁路货车RD2型车轴的可靠性寿命预测和可靠性评定,说明了方法的有效性。     

随机参数柔性移动副运动性能的可靠性分析

以平行四杆柔性移动副为研究对象,基于伪刚体模型,采用虚功原理对机构的整体刚度进行了分析。在此基础上,将加工误差、作用载荷、杆长尺寸、弹性模量等参数均视为随机变量,建立了柔性移动副输出运动精度的可靠性分析模型,通过算例分析了柔性移动副中各项随机参数的变化对运动精度可靠度的影响。