考虑不确定性的桁架结构拓扑优化设计

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1、秘密：公开论文类型：应用研究工程硕士学位论文考虑不确定性的桁架结构拓扑优化设计TheTopologyOptimizationDesignOfTrussStructuresUnderUncertainty培养单位：土木工程学院专业：建筑与土木工程研究生：李济坤校内教师：王明生教授校外导师：宣言副研究员二○一八年六月独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得石家庄铁道大学或其它教育机构的学位或证

2、书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解石家庄铁道大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，同意学校将论文加入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》和编入《中国学位论文全文数据库》。本人授权石家庄铁道大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。(保密的论文在解密后应遵守此规定)作者签名：日期：导师签名：日期：摘要桁架结构在工程机械，桥梁

3、设计、建筑结构等领域得到了广泛的应用，其在工程建设中发挥着越来越重要的作用。人们对于不同的具体工程，在不同的约束条件之下，对桁架结构的拓扑优化技术进行了很多有益的探索。在实际工程中，材料性能的分散性和强度退化、施加载荷的随机变化导致按照确定性参数进行优化设计的结果不能够适应工作的要求，结构的可靠性得不到保证。因此，考虑不确定性因素影响的结构拓扑优化设计十分必要。本文对不确定性因素下桁架结构的拓扑优化进行研究，主要研究内容如下：（1）基于有限元方法的桁架结构在随机载荷下杆件最大应力、变形、节点位移、疲劳寿命分析；（2）基于高斯过程回归的

4、机器学习方法的桁架结构失效物理建模；（3）建立典型桁架结构的基于可靠性的拓扑优化设计模型；关键词：桁架结构；拓扑优化；可靠性；高斯回归；不确定性；失效物理建模AbstractTrussstructureshavebeenwidelyusedinfieldsofengineeringmachinery,bridgedesign,buildingstructuresetal,andplayanincreasinglyimportantroleinconstructions.Manyusefulstudieshavebeendoneonth

5、eproblemsoftopologyoptimizationoftrussstructureswithdifferentengineeringanddifferentconstraints.Inpracticalengineeringapplication,Duotothescatteranddegradationofmaterials’performance,andtheactionofrandomloads,thedeterministictopologyoptimizationresultsmaynotsatisfythest

6、ructuralperformancerequirementsandreliability.Accordingtothis,itisnecessarytostudythestructuraltopologyoptimizationbasedonreliabilityfortrussstructures.Inthisthesis,themainresearchincludes:(1)Themaximalstressoftrussmembers,anddeformationofnodesareanalyzedbyfiniteelement

7、methodsunderstochasticloads.(2)ThephysicsoffailuremodelingfortrussstructurebasedonmachinelearningmethodsuchasGaussianprocessregressionisstudied.(3)Thetopologyoptimizationmodeloftrussstructurewithreliabilityconstraintsisdeveloped.Keywords:trussstructure;topologyoptimizat

8、ion;reliability;Gaussianprocessregression;uncertainty;physicsoffailure目录第一章绪论.................................