飞行器结构可靠性分析与优化设计研究

论文摘要

飞行器工作环境复杂，影响其结构安全的不确定因素很多，例如结构中用的材料物理性能数据可能与实际的有所差别；名义尺寸也可能与实际的不完全一致；计算模型中引用一些假设也会使实际计算模式与实际情况有所偏离等等。而飞行器一般价值昂贵，结构失效后会导致巨大的经济损失，甚至危及飞行员与旅客的生命安全。因此，对于飞行器三维空间结构进行随机分析并评价其可靠性是非常有必要。目前结构系统在静载作用下失效和疲劳载荷作用下失效以及刚度失效这几种情况下的可靠性大多是分别予以考虑的。但对于飞行器结构来说非常有可能出现几种失效模式的混合情况。例如因较小的疲劳载荷引起一定的疲劳损伤并造成极限承载能力的下降，又因极限载荷而引起结构的完全破坏。另外，这几种失效模式之间由于某些参数之间存在相关性，因此在结构可靠性分析时，必须同时考虑这几种失效形式才能真正反映结构的实际情况。本文在这方面作了一些尝试，主要内容如下 1．进一步完善结构可靠性指标的计算方法，提高了结构可靠性的计算精度。对复合材料层合板综合考虑面内和分层失效的可靠性分析方法进行了初步的探讨。给出条件概率所对应的安全余量的写法，为结构系统在一定条件的可靠性分析提供理论基础。 2．讨论了疲劳载荷对结构抗力和刚度的影响，给出了在疲劳载荷作用下构件抗力和刚度与由疲劳载荷引起的随机裂纹或累积损伤之间的关系，分析了构件剩余抗力和刚度的数字特征。 3．给出了在环境载荷(包括静载和疲劳载荷)及结构本身(包括元件强度、弹性模量、几何尺寸等)的随机条件下，综合考虑静载和疲劳载荷作用下的随机结构系统可靠性分析方法。该方法分析了结构系统中每一个单元在静载和疲劳载荷作用下的失效形式，制定了单元失效形式的判别准则；考虑了静强度、刚度和疲劳失效模式之间的耦合关系、失效过程中静强度和疲劳

论文目录

• 摘要
• Albstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的目的和意义
• 1.2 国内外发展和研究状况
• 1.2.1 结构可靠度发展综述
• 1.2.2 结构系统多失效模式可靠性发展综述
• 1.2.3 基于可靠性的结构优化发展综述
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 结构系统可靠性的一般理论
• 2.1 引言
• 2.1.1 结构功能函数
• 2.1.2 结构可靠性指标
• 2.2 可靠性指标的计算方法
• 2.2.1 一次二阶矩法
• 2.2.2 二次二阶矩法
• 2.3 系统可靠性分析
• 2.3.1 系统失效概率的计算方法
• 2.3.2 并联系统等效安全余量
• 2.4 本章小结
• 第3章 结构系统可靠性分析
• 3.1 结构系统静强度可靠性分析
• 3.1.1 随机结构系统可靠性分析
• 3.2.2 层合板结构系统可靠性分析
• 3.2 结构系统刚度可靠性分析
• 3.2.1 完整结构系统刚度可靠性分析
• 3.2.2 不完整结构系统刚度可靠性分析
• 3.2.3 算例
• 3.3 结构系统疲劳可靠性分析
• 3.3.1 并联系统疲劳失效概率
• 3.3.2 并联系统疲劳失效概率计算的改进方法
• 3.4 本章小结
• 第4章 结构系统多失效模式可靠性分析
• 4.1 考虑强度随时间变化的可靠性分析
• 4.1.1 强度不变的可靠性分析方法
• 4.1.2 强度随时间变化的可靠性分析
• 4.2 疲劳损伤与强度可靠性分析
• 4.2.1 引言
• 4.2.2 疲劳累积损伤下结构的极限承载力
• 4.2.3 疲劳累积损伤下结构的承载能力可靠度分析
• 4.3 结构系统同时考虑强度和疲劳的可靠性分析
• 4.3.1 引言
• 4.3.2 强度衰减模型
• 4.3.3 相关性分析
• 4.3.4 算例
• 4.4 随机结构系统基于累积损伤的刚度可靠性分析
• 4.4.1 引言
• 4.4.2 刚度衰减与可靠性分析
• 4.4.3 算例
• 4.5 基于随机裂纹的结构系统多失效模式的可靠性分析
• 4.5.1 裂纹扩展下的构件剩余抗力
• 4.5.2 基于裂纹的结构系统静强度疲劳和刚度的可靠性分析
• 4.5.3 在静载和疲劳载荷作用下结构系统失效机理
• 4.5.4 失效模式相关性和系统可靠性分析
• 4.6 算例
• 4.6.1 结构有限元模型
• 4.6.2 有限元结果分析
• 4.6.3 多失效模式可靠性分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 基于可靠性的优化设计
• 5.1 引言
• 5.2 最佳矢量法
• 5.2.1 优化问题的数学模型
• 5.2.2 最佳矢量方向
• 5.3 遗传算法
• 5.3.1 引言
• 5.3.2 遗传算法的基本流程
• 5.4 最佳矢量法和遗传算法的混合算法
• 5.4.1 引言
• 5.4.2 混合算法的实现
• 5.4.3 算例
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢