结构鲁棒设计方法及其应用

【摘要】：实际中存在的各种不确定性参数的波动变化,会对结构性能指标产生影响。如果性能指标对参数的变异敏感,则会因参数可能的波动变化影响结构的正常使用,引起结构功能的劣化,甚至导致结构失效。对于工程设计中广泛存在概率不确定性量和非概率不确定性量的事实,作者认为有必要研究考虑两类不确定性量同时波动变化影响的结构鲁棒设计方法及其在工程结构设计中的应用,使结构设计结果满足设计要求并能适应外界变化,对不确定性的敏感程度降到最低。 鲁棒设计是一种新的设计理念,其基本原则是寻求选择合理的设计变量值而非消除变量的可能波动,来使设计对象的性能指标对各种变量的波动变化不敏感。鲁棒设计同时强调目标函数的鲁棒性和约束函数的鲁棒性(或可行鲁棒性)。本文对常规鲁棒设计方法加以改进,提出了考虑概率及非概率不确定性量同时存在时的结构鲁棒设计方法。文中还分别提出了可行鲁棒性和目标函数鲁棒性的多种实现策略,设计者可依据实际情况加以选择组合得到适合的鲁棒设计数学模型。 结构鲁棒设计最终归结为一个或若干个有约束的非线性优化问题。因而对鲁棒设计数学模型的求解问题,可利用MATLAB软件平台,针对设计变量和参数是连续量还是离散量的不同情况,选用其优化工具箱或遗传算法工具箱中合适的优化算法加以求解。 本文用所提结构鲁棒设计方法进行了两种典型工程结构物的鲁棒设计应用研究:一是简单桁架结构鲁棒设计;二是潜艇耐压圆柱壳的鲁棒设计。计算结果表明,通过事先考虑设计中可能存在的概率及非概率不确定性因素,可获得对不确定性量波动影响的不敏感设计。相对于传统结构设计,鲁棒设计虽使结构重量有所增加,但可使结构的可靠性和稳健性得以提高。本文研究工作为工程结构设计提供了新的思路和方法。

【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：U661.4