不确定条件下可靠性方法研究及其在汽车结构设计中的应用

发布时间：2025-01-01 04:45

　　随着工业技术发展、结构日趋复杂化,汽车结构可靠性与安全性问题,在工程结构设计中越来越占有重要地位。由于实际工程结构承载的环境极其恶劣,各种不确定性普遍存在于设计参数中,使得结构频繁出现故障,引起灾难性事故,良好的可靠性设计能够避免这些事故的发生,保障结构设计应有的性能特征。结构可靠性分析及优化设计是基于不确定变量下以结构可靠性作为目标函数或约束条件,求解最优设计变量的方法。该方法比传统的结构设计方法能够获得更好的结构特性与经济效益,具有重要研究价值与工程意义。高昂的仿真计算成本使得精确且有效的可靠性分析与设计优化成为迫切需要解决的问题,特别对存在多维变量且非线性的情况下,进行可靠性研究仍然存在效率与精度上的不足。本文对结构可靠性分析及其优化设计方法以及拓扑优化进行了系统研究,提出了基于数据驱动的汽车可靠性设计流程框架、基于改进下山单纯形算法插值响应面算法的结构系统概率可靠性分析模型、基于局部有效性约束下的近似模型可靠性优化设计方法、基于Chebyshev多项式的非概率可靠性拓扑优化模型、基于概率-非概率混合变量的可靠性优化设计模型在汽车结构中的应用。主要研究内容及结论如下:1)针对汽车结...

【文章页数】：170 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及研究意义
    1.2 随机理论与概率可靠性研究现状
    1.3 非概率可靠性理论发展与研究现状
    1.4 考虑不确定性的结构可靠性优化设计
        1.4.1 不确定性的结构分析与优化技术
        1.4.2 可靠性与近似模型耦合应用
        1.4.3 汽车结构可靠性分析与优化
    1.5 本文的研究目标和主要研究内容
第二章 基于汽车结构参数不确定性的开发流程研究
    2.1 引言
    2.2 极限状态函数定义
    2.3 工程设计基本理论分析
        2.3.1 随机模型理论分析
        2.3.2 非正态随机变量的当量正态化
        2.3.3 拉丁超立方抽样
        2.3.4 非概率模型理论分析
        2.3.5 可靠性优化设计模型与方法
    2.4 汽车结构可靠性优化设计开发流程框架
        2.4.1 基于数据驱动模式的汽车可靠性设计流程
        2.4.2 汽车结构“数据-性能”可靠性优化模型
        2.4.3 基于“数据-仿真”的高效代理模型可靠性方法研究
    2.5 本章小结
第三章 高效代理模型在结构可靠性分析中应用
    3.1 引言
    3.2 响应面法应用于可靠性分析
        3.2.1 响应面法可靠性分析原理
        3.2.2 实验设计对响应面法的影响
    3.3 下山单纯形算法
    3.4 基于DSA的改进响应面方法
        3.4.1 初始迭代选取实验点
        3.4.2 修改的DSA插值响应面法
        3.4.3 分析流程与步骤
    3.5 算例分析与应用
        3.5.1 算例分析一
        3.5.2 非线性数学模型算例分析
        3.5.3 桁架结构可靠性分析
    3.6 本章小结
第四章 基于近似模型的结构可靠性优化设计方法研究
    4.1 引言
    4.2 结构可靠性优化设计方法
        4.2.1 序列单循环方法
        4.2.2 双循环方法
    4.3 近似模型在可靠性优化设计中的应用
        4.3.1 响应面法在可靠性优化设计中的应用
        4.3.2 移动最小二乘法原理(MLSM)
    4.4 局部约束有效性可靠性优化设计
        4.4.1 局部加密策略
        4.4.2 概率约束有效性
        4.4.3 优化方法流程与步骤
    4.5 算例分析
        4.5.1 数值算例一
        4.5.2 数值算例二
    4.6 汽车可靠性优化设计分析
    4.7 本章小结
第五章 区间变量的连续体结构拓扑优化设计
    5.1 引言
    5.2 非概率理论模型
        5.2.1 区间模型
        5.2.2 椭球凸集模型
    5.3 拓扑优化设计理论
        5.3.1 均匀化方法
        5.3.2 变密度法
    5.4 Chebyshev多项式模型
    5.5 非概率可靠性拓扑优化设计
        5.5.1 确定性拓扑优化
        5.5.2 非概率可靠性拓扑优化设计
        5.5.3 基于Chebyshev多项式的可靠性拓扑优化
        5.5.4 拓扑优化的求解方法
    5.6 算例分析
        5.6.1 L形结构的设计
        5.6.2 三维框架模型分析
    5.7 本章小结
第六章 基于混合变量下的汽车碰撞不确定性优化设计
    6.1 引言
    6.2 不确定性结构优化模型
    6.3 初始样本点的构建方法
    6.4 汽车结构40%偏置碰撞不确定性优化设计
        6.4.1 汽车可靠性研究概述
        6.4.2 汽车结构有限元模型与实验验证分析
        6.4.3 车辆耐撞性不确定性优化设计
    6.5 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 论文结论
    7.2 研究展望
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件



本文编号：4022052