基于响应面的结构可靠性优化

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1、分类号密级公开UDC学位论文题目：基于响应面的结构可靠性优化研究生姓名：李晓学科专业名称：飞行器设计研究方向：飞机结构强度分析与试验论文类型：基础研究申请学位：工学硕士指导教师姓名：赵维涛指导教师职称：副教授指导教师单位：沈阳航空航天大学论文提交日期：2015年01月11日论文答辩日期：2015年03月10日沈阳航空航天大学2015年03月SHENYANGAEROSPACEUNIVERSITYTHESISFORMASTER’SDEGREERELIABILLITY-BASEDSTRUCTURALOPT

2、IMAZATIONBASEDONTHERESPONSESURFACEMETHODCandidate：XiaoLiSupervisor：WeitaoZhaoSpecialty:AircraftDesignDate:March2015摘要针对传统结构可靠性分析方法需要大量有限元计算而难于应用实际的问题，本文开展了响应面方法(ResponseSurfaceMethod-RSM)的研究工作,对经典RSM进行改进，并将改进响应面方法应用到基于可靠性的结构优化之中。具体研究内容和结论如下：一、改进响应面法1.基

3、于控制点的改进响应面方法本文首次提出了控制点的概念，使用控制点获得较好的试验点作为展开中心点，利用控制点构建了RSM1。在RSM1的基础上，为了提高失效概率的评估精度，给出了试验点移动技术，构建了RSM2。RSM1和RSM2均可给出较准确的可靠性指标，RSM2亦可给出较准确的失效概率，两种方法相对经典RSM方法，计算效率均有提高。然而本文方法只构建了一个控制点，因此不适用于具有多设计点的结构可靠性分析。2.基于参考点的改进响应面法在基于参考点的改进RSM中，首先给出了参考点的概念，利用参考点信息选取

4、试验点。所选取的试验点能够更好地落在试验点附近，提高了响应函数（ResponseSurfaceFunction-RSF）在设计点附近对极限状态函数（LimitStateFunction-LSF）的拟合精度。算例分析表明，本文方法明显减少了LSF评估次数，提高了结构可靠性分析的效率。本文方法给出的失效概率比较接近蒙特卡罗仿真（MonteCarloSimulation-MCS）方法给出的失效概率。3.基于合理布点的改进响应面法提出了基于合理布点的改进RSM方法，该方法能够充分考虑LSF的非线性趋势，克服

5、了传统响应面法的缺点。应用本文方法对轴向承压的复合材料加筋板进行了屈曲可靠性和敏度分析。可靠性分析结果表明本文方法的精度和效率均十分理想。敏度分析反映了各随机变量对结构可靠性影响的大小，在分析中应重点关注敏度较大的变量如几何参数和弹性模量E11，敏度较小的随机变量则可以在分析中进行缩减以提高计算效率。二、基于可靠性的结构优化给出了使用响应面方法开展基于可靠性的结构优化流程，并将所提出的改进响应面方法应用到基于可靠性的结构优化之中。算例结果表明，文中方法在基于可靠性的机构I优化中具有较好的计算精度和较

6、高的计算效率。三、结论通过大量算例分析表明，本文所提出的改进响应面方法具有较好的计算精度和较高的计算效率，能够明显减少在结构可靠性分析、基于可靠性的结构优化过程中极限状态函数的评估次数。文中方法为结构可靠性分析、基于可靠性的结构优化提供了一种可行的方法，解决了应用传统可靠性分析方法求解“大型复杂结构可靠度和基于可靠性的结构优化”时效率低下的难题。关键词：结构可靠性；响应面方法；基于可靠性的结构优化；失效概率IIAbstractTraditionalstructuralreliabilityanaly

7、sismethodsaredifficulttobeappliedtopracticalengineeringbecauseofheavydemandofFEMcalculations.Toaddressthisproblem,thethesisresearchesontheResponseSurfaceMethod(RSM)andappliesRSMtostructuralreliabilityanalysisandreliability-basedstructuraloptimization.T

8、hemaincontentsandconclusionsinthisthesisarelistedasfollowing:1.ImproveRSMThisthesisgives3improvedresponsesurfacemethods,asfollowing:a)TheimprovedRSMbasedonthecontrolpointThethesisraisestheconceptofcontrolpointwhichcouldobtainfinedesignp