考慮腐蝕和可靠性的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，可靠性已成為系統(tǒng)和設(shè)備的一個非常重要的屬性。工程人員希望能設(shè)計出的結(jié)構(gòu)不僅用料最省，而且在其使用壽命期限內(nèi)都能滿足其性能和可靠性需求。這是因為輕量化的結(jié)構(gòu)設(shè)計具有諸多優(yōu)點，如：減少材料的使用、節(jié)約能源消耗，這些對于現(xiàn)代工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展都是非常有利。但是，在實際工程中，存在許多不確定因素，如：結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)、材料屬性和外載荷等，若用確定性的方法設(shè)計的結(jié)構(gòu)無法達(dá)到較高的可靠性要求。此外，許多新的機(jī)械設(shè)備都具有較高的可靠

2、性，但隨著他們在惡劣的環(huán)境中工作，結(jié)構(gòu)不可避免地被腐蝕，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度將逐漸降低，其可靠度也會迅速下降，最終很可能在其預(yù)定的壽命期限內(nèi)就發(fā)生失效。為了解決上述工程問題，我們迫切地需要有一種新的優(yōu)化設(shè)計方法來解決因腐蝕造成結(jié)構(gòu)失效的問題，并設(shè)計出滿足服役周期可靠性要求的結(jié)構(gòu)。
　　在過去的幾十年里，已經(jīng)提出了許多可靠性與拓?fù)鋬?yōu)化相結(jié)合的計算機(jī)自動化設(shè)計方法以及實現(xiàn)可靠性的拓?fù)鋬?yōu)化算法。但到目前為止，在考慮結(jié)構(gòu)腐蝕的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計方面的研究

3、非常有限。因此，本論文以建立適合拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計的腐蝕計算模型和設(shè)計出滿足服役期可靠性要求的結(jié)構(gòu)為目標(biāo)，研究存在腐蝕現(xiàn)象的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計方法。論文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新如下：
　　（1）建立基于ANSYS和MATLAB的拓?fù)鋬?yōu)化軟件平臺。在該優(yōu)化平臺上，主要解決以結(jié)構(gòu)質(zhì)量最小為目標(biāo)、且滿足結(jié)構(gòu)柔度約束的拓?fù)鋬?yōu)化問題。該平臺采用基于變密度法的SIMP材料插值模型，直接調(diào)用MATLAB集成的MMA優(yōu)化算法包進(jìn)行優(yōu)化計算，并且將優(yōu)化功能做成

4、GUI界面以方便工程應(yīng)用，并驗證該平臺解決拓?fù)鋬?yōu)化問題的有效性。
　?。?）提出一種適合拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計的腐蝕計算模型，該模型能夠真實地模擬結(jié)構(gòu)腐蝕現(xiàn)象。在這個模型中，提出了一種結(jié)構(gòu)表面單元搜索算法，用腐蝕速度來描述在單位時間內(nèi)結(jié)構(gòu)的腐蝕深度，腐蝕系數(shù)則用來控制微單元材料的相對密度的減小程度。通過該結(jié)構(gòu)腐蝕計算模型，可模擬結(jié)構(gòu)表面逐漸腐蝕的過程，得到被腐蝕以后的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
　?。?）在腐蝕計算模型的基礎(chǔ)上，研究基于可靠性的拓?fù)鋬?yōu)