复合材料层合板的可靠性优化和鲁棒特征

采用遗传算法分析了存在初始缺陷的复合材料层合板的可靠性优化和鲁棒问题．单元层可靠性分析时,取初始缺陷、强度参数为随机变量,采用一阶矩法和Tsai—Wu准则分析每个单元层的失效概率．系统失效概率的计算基于首层失效假定,把系统看作为单元层的串联结构,系统中任何一个单元层的破坏就看作为系统的失效．在此基础上,对结构的可靠性优化和鲁棒特征进行了研究,分析了对称层合板的层数、可靠度和纤维方向角之间的关系,为结构设计提供参考．     

基于遗传算法的层合板结构的可靠性优化设计

采用遗传算法分析了存在初始缺陷的复合材料层合板的可靠性优化问题．优化设计时，以层合板结构的厚度最小为目标函数，以可靠度要求为约束条件．在可靠度分析中，取初始缺陷、强度参数、单元层的厚度为随机变量，采用一阶矩法和Tsai-Wu准则分析每个单元层的失效概率，系统失效概率的计算基于串联系统假定．通过比较遗传算法与序列二次规划法的计算结果，证实了遗传算法用于可靠性优化设计的有效性．     

基于PSO算法的复合材料层合板可靠性优化设计

采用粒子群算法(PSO)分析了存在初始缺陷的复合材料层合板的可靠性优化问题.在层合板结构总厚度一定的情况下,以系统可靠度最大为目标函数,对复合材料的纤维方向角和相对厚度进行优化设计.单层板失效与否应用Tsai-Wu准则判断,采用一次二阶矩法(FORM)计算和评价失效概率.通过具体算例及借鉴遗传算法中的在线性能和离线性能评估准则,对粒子群算法的收敛性能进行评估,结果表明:与遗传算法相比,该方法具有操作简单、计算效率高等特点,对复合材料层合结构的可靠性优化设计十分有效.     

船舶结构概率损伤容限分析

损伤容限设计是一种先进的现代设计思想,为了使这种设计建立在可靠性分析的基础上,根据概率断裂力学理论,分别建立了具有裂纹型初始缺陷结构和受损结构在裂纹扩展中结构疲劳寿命及其可靠性估算的动态模型．在给出了结构设计参数的分布函数后可求得一组与结构初始损伤、结构使用年限和剩余寿命、设计应力等有关的动态可靠性曲线,由此可获得保证一定可靠度的结构的损伤容限,并在设计时选取具有给定可靠度的各种设计参数,或给定设计参数后估计所设计结构的可靠度．     

轴心受压钢构件高温下局部稳定设计方法

为了得到钢构件高温下局部稳定设计方法,通过试验对建立的有限元模型进行了验证。采用验证后的有限元模型,分析了温度、板件宽厚比、初始几何缺陷、腹板和翼缘相互作用等因素对H形截面轴心受压钢构件局部屈曲应力的影响,提出了Q235钢和Q460钢H形截面轴心受压构件高温下的局部稳定承载力简化计算公式和高温下防止局部屈曲的翼缘宽厚比和腹板高厚比限值。研究表明:当板件宽厚比较小时,构件的局部屈曲应力随宽厚比的增大迅速减小,宽厚比较大时,构件屈曲应力降低不明显;初始几何缺陷对构件局部屈曲应力影响较小;高温下翼缘对腹板屈曲的约束作用比常温下明显;高温下防止局部屈曲的宽厚比限值与常温下宽厚比限值不同。     

空间薄壁CFRP豆荚杆悬臂屈曲分析及试验

空间薄壁CFRP豆荚杆工作时处于悬臂状态,为掌握其悬臂受力性能,分别以截面2个对称轴为中性轴对豆荚杆悬臂梁进行末端加载试验,得到了屈曲荷载及屈曲特性.利用ABAQUS进行线性特征值屈曲分析,并引入特征值屈曲模态作为初始几何缺陷进行非线性屈曲模拟,得到豆荚杆悬臂梁屈曲临界载荷及非线性屈曲特性.与试验结果进行对比分析表明:初始几何缺陷对豆荚杆悬臂梁屈曲临界载荷影响显著,给理想豆荚杆植入适当的初始几何缺陷可有效模拟实际豆荚杆屈曲.基于试验和模拟分析,进一步对豆荚杆壁厚、铺层和杆件长细比进行参数分析,得到各参数对豆荚杆悬臂梁屈曲临界载荷的影响,对悬臂薄壁CFRP豆荚杆的设计和应用具有重要参考价值.     

工字型截面构件的船体板架结构可靠性优化

利用有限元方法进行结构分析,建立失效模式的安全余量方程,失效模式的可靠性指标由一次二阶矩法确定,由分枝限界法识别主要失效模式,结构系统和主要失效模式的可靠性指标之间的关系通过ＰＮＥＴ法（概率网络估算法）确定,并依此导出系统可靠性指标相对设计变量的导数。结构的可靠性优化,通过考虑具有工字型截面梁元的稳定性,将设计变量减少一半,降低优化规模,然后,采用最佳矢量法完成两类优化设计：在结构系统可靠性约束下     

同源随机激励下基于系统动力可靠性的结构优化设计

把结构系统动力可靠性分析与最优化设计结合起来 ,以结构系统的最小质量为目标函数 ,给出了考虑在同源随机激励下多自由度线性系统总的可靠性的结构优化设计方法。运用谱分析理论 ,推导了结构系统在平稳随机过程激励下响应的统计特征 ,同时结合首次超越破坏的Possion模型计算结构系统的可靠性 ,最终采用广义乘子法得到结构系统设计变量的最优值。计算结果表明该方法是可行的     

基于系统可靠度的预应力空间网格结构优化

为降低预应力空间网格结构系统优化分析的复杂度,提出一种利用改进的遗传算法进行结构系统可靠度约束下的最小质量优化设计的方法。该方法将系统可靠度作为结构优化控制参数,采用分枝限界法判定系统的主要失效模式,应用PNET法计算系统的可靠度。算例分析表明,该方法得到的最优个体质量相对于最佳矢量型法降低了2．82％。该方法合理有效,具有工程应用价值。     

恒加应力加速寿命试验的可靠性非参数统计分析

提出的可靠性非参数统计分析法 ,充分利用恒加应力加速寿命试验的失效个数、失效时间及未失效个数 3种宝贵的数据信息 .克服传统分析法只利用失效个数和失效时间信息的缺陷 ,更合理地对产品的可靠性加以评定 .主要内容 :(1) Pk 的估计公式 ;(2 ) Pk相似文献   

海洋石油钢结构焊接构件疲劳可靠性的研究

本文重点研究了带有缺陷的焊接构件的疲劳可靠性;建立了贯穿壁厚的疲劳失效模型;对NDT精度等疲劳参量的统计特性作了分析。基于寿命模型,应用结构可靠性原理探讨了设计阶段构件的疲劳可靠性预测及带裂纹构件剩余寿命的概率分析问题。通过相应的计算,给出了几组特定参数下的失效概率曲线,并分析了有关参数的作用。     

复合材料层合板结构的概率与非概率模型

将非概率模型引入复合材料的可靠性分析,建立了一种包含概率和非概率分析的混合模型．对存在初始缺陷的层合板系统。将初始缺陷等不确定性因素根据所掌握数据的多少分别采用概率和非概率模型来描述,通过Tsai—Wu准则进行强度分析,运用一阶矩方法得到可靠性指标,来评估复合材料层合板系统的可靠性．结果表明,对于那些掌握数据较少,而无法准确描述其分布形式的变量,采用混合模型是一种较好选择．     

机械零件的可靠性优化设计

在分析传统设计方法与可靠性设计方法在设计思想、设计原理上的区别的基础上,将可靠性设计与优化设计结合起来,对机械零件的可靠性优化设计方法进行研究。在满足可靠度约束及结构几何约束的条件下,以机械零件具体情况最小作为优化目标函数进行可靠性优化设计,得到了比常规设计更为合理的设计结果。     

基于弧长法的南瓜型超压气球非线性后屈曲分析

稳定性研究是南瓜型超压气球设计面临的重要课题。针对南瓜球非线性屈曲过程,对含初始缺陷南瓜球的稳定性进行研究。首先,对南瓜球进行特征值屈曲分析,得到前8阶屈曲模态及线性屈曲临界载荷。然后,基于特征值分析的模态构型给出初始缺陷分布,进一步利用非线性有限元中的弧长法分别计算临界缺陷模态和组合缺陷模态下对应的屈曲临界载荷。结果表明,南瓜球对初始缺陷较敏感,缺陷的幅值和分布形式对承压能力和失稳形态均有影响,承压能力随缺陷幅值增大而降低,说明提高南瓜球稳定性需要提高气球的加工精度。同时,对已失稳南瓜球的应力分布进行分析,发现失稳状态下南瓜球高应力区的应力水平远高于相同载荷下未失稳南瓜球的应力水平。可见,失稳现象极大降低了气球的承压能力。     

潜艇耐压壳稳定性失效的可靠性分析与优化

本文将可靠性理论和方法用于潜艇结构的分析及设计之中,导出了使用全概率法和近似概率法进行潜艇耐压壳体稳定性失效可靠性分析的基本公式和方法.在此基础上提出了可靠性优化设计的三种基本准则,对壳体进行了优化设计.计算结果表明本文的探索是成功的.     

考虑缺陷作用的弹塑性屈曲加筋柱壳设计

对于加筋柱壳等薄壁结构,轴压承载力对不同结构形式表现出不同的缺陷敏感性,寻找低缺陷 敏感度的结构设计形式具有重要的研究意义．首先以分别发生弹性和塑性屈曲的两个直径3 m 的正交加筋柱壳为例,研究了不同幅度双曲母线形状对两者承载力的影响,发现双曲母线外凸和 内凹会分别提高两种加筋柱壳的轴压承载力．然后以特征值屈曲模态和单点凹坑两种缺陷为例 ,对具有不同幅度双曲母线的加筋柱壳开展了缺陷敏感性分析．结果表明,对于两种加筋柱壳结 构均可以通过适当幅度的外凸双曲母线形状降低缺陷敏感性,为提高运载火箭加筋柱壳的可靠 性储备提供了一种易实现的结构方案．     

基于疲劳可靠性优化设计的深水导管架平台多级模糊选型

分析深水导管架平台方案优选的系统决策问题,给出四种初始设计方案,将基于谱分析方法求得平台的系统名义疲劳可靠性指标作为一项关键约束对平台方案进行优化.根据优化后各方案的最优结构性能参数,综合考虑影响深水导管架平台选型的各种因素,由二元对比方法确定影响因素的权重以及相对隶属度,最终采用三级模糊优选方法对优化后的方案进行模糊优选,并以200 m水深导管架海洋平台作为实例进行分析.结果表明,与传统分析方法相比,先由优化分析得到各初始方案的最优结构性能参数,可以为模糊选型提供准确的定量化指标,减少了模糊因素,更有利于对深水导管架平台设计方案做出合理的评价.     

基于可靠度的抗震结构优化设计

考虑结构不同功能失效时损失情况不同这一事实，遵循抗震设计规范的“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设计原则，提出了基于不同功能要求的可靠度优化设计方法，计算结果表明，采用此方法可以在概念意义上合理改善结构体系的抗震性能，降低结构在地震作用下的损失。     

微环隙带压对套管可靠性的影响

页岩气开发目前仍存在诸多问题,水平井分段体积压裂中套管失效是其中之一.基于弹塑性力学原理和平面应变问题求解方法,应用ABAQUS软件建立了微环隙带压下套管受力和位移的有限元计算模型.应用该模型进行了算例分析和现场验证,并分析了施工压力、套管的几何及物理参数等可控因素对套管可靠性的影响.研究表明,套管本身强度足以应对正常设计方案中的受力情况,然而微环隙带压等特殊事件会导致套管失效.另外,套管压力和微环隙压力共同对套管可靠性产生影响,两者差值越小套管可靠性越高.而对于套管的弹性模量和壁厚来说,数值越大,套管可靠性越高.结合模型和影响因素分析,建立了一套工作流程作为控制方法,使得在压裂设计阶段,可以对现有设计方案进行优选及改进,从而能够在存在微环隙带压的恶劣情况的实际作业中,保护套管的可靠性.