【技术实现步骤摘要】
一种基于概率的结构可靠度拓扑优化方法
[0001]本专利技术涉及一种基于概率的结构可靠度拓扑优化方法，属于飞行器先进结构与机构总体
技术介绍
[0002]轻量化、高可靠性是航天、航空和武器装备结构设计所追求的重要目标。由于结构重量、刚度、强度、动力学性能等面临更加苛刻的性能要求，基于经验或规范的结构设计方法一定程度上限制了综合性能的提升。因此，结构优化、特别是拓扑优化技术成为支撑结构设计创新的重要手段。我国通过长期的基础研究和技术攻关，已在这类结构的优化设计技术上取得了突破性进展。然而，随着各类高端装备的结构设计不断逼近力学性能极限，材料性能、制造误差、载荷等的不确定性对最终产品性能带来较大的不可预知性，甚至影响结构力学性能和预期功能的可靠性。传统的安全系数法，虽然在一定程度上为考虑材料或载荷等不确定性人为设定了某种安全裕度，但极可能因设置不合理的过大的安全系数导致设计过保守，也可能因未全面考虑多种不确定性因素而使得根据优化结果实现的最终结构面临失效风险。
[0003]美国等西方国家对此高度重视。例如：NA...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于概率的结构可靠度拓扑优化方法，其特征在于，包括如下步骤：针对存在材料、荷载不确定性的结构，结合概率模型描述和可靠度指标定义，建立具有可靠度指标约束条件或者目标的结构拓扑优化模型；求解所述结构拓扑优化模型；当不确定性变量与设计变量均满足收敛条件后，得到满足可靠度指标要求的最优拓扑设计。2.根据权利要求1所述的一种基于概率的结构可靠度拓扑优化方法，其特征在于：所述结构拓扑优化模型为s.t.α
j
(ρ)≥0(j＝1,2,...,N
g
),ρ≤ρ
e
≤1(e＝1,2,...,N),wherewhere其中，ρ表示单元密度向量，u为标准化后的不确定参数，g
j
(ρ,u)为结构的功能函数，β为可靠度指标，V为结构总体积，ρ
e
为单元密度，V
e
为单元体积，α
j
为功能函数值，ρ为单元密度下限，N
g
为功能函数个数，N为单元个数，β
j
为可靠度指标。3.根据权利要求1所述的一种基于概率的结构可靠度拓扑优化方法，其特征在于，所述求解所述结构拓扑优化模型的方法包括如下步骤：根据所述结构拓扑优化模型，采用序列单循环方法，通过构造确定性子优化问题，将内外层优化连续求解；采用MMA梯度优化算法求解序列单循环优化子问题。4.根据权利要求3所述的一种基于概率的结构可靠度拓扑优化方法，其特征在于，所述确定性子优化问题为：For k＝1,2,...findρfindρρ≤ρ
e
≤1(e＝1,2,...,N)其中，ρ表示单元密度向量，u为标准化后的不确定参数，g
j
(ρ,u)为结构的功能函数，V为结构总体积，ρ
e
为单元密度，V
e
为单元体积，α
j
为功能函数值，ρ为单元密度下限，N
g
为功能函数个数，N为单元个数。5.根据权利要求4所述的一种基于概率的结构可靠度拓扑优化方法，其特征在于，第k步确定性子优化问题中的MPP点u
(k)
采用信赖域迭代算法进行计算：
length＝||(1
‑
λ
k
)u
(k)
+λ
k
u
C
||2/β
j
其中，u为标准化后的不确定参数，β
j
为可靠度指标，为功能函数梯度，λ
k
为调节参数，u
(k)
为第k步迭代点，u
C
为临时迭代点。6.根据权利要求1所述的一种基于概率的结构可靠度拓扑优化方法，其特征在于：得到满足可靠度指标要求的最优拓扑设计后，计算可靠度指标和失效概率，对最终结果进行验算和校核；若验算和校核成功，则结束；反之，则重新求解所述结构拓扑优化模型。7.根据权利要求6所述的一种基于概率的结构可靠度拓扑优化方法，其特征在于：所述对最终结果进行验算和校核的方法为一次二阶矩法和响应面法。8.一种基于概率的结构可靠度拓扑优化系统，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：李晶，郑小鹏，王长庆，赵月，张凯，武健辉，池元成，赵山杉，刘闻，贾长伟，汪宏昇，贾倩，王小辉，陈春艳，张冶，王立伟，王晓路，李杰奇，张恒，
申请(专利权)人：中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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