面向惡劣服役環(huán)境的工件抗缺陷結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法及其應(yīng)用.pdf

1、工件處于實際服役狀態(tài)時，由于受多種惡劣因素的影響，結(jié)構(gòu)成型初期易存在微小缺陷，當(dāng)微小缺陷位于工件結(jié)構(gòu)缺陷敏感部位時，缺陷會快速削弱結(jié)構(gòu)強度，造成工件提早失效。為了提高結(jié)構(gòu)缺陷敏感部位的強度，提出了考慮缺陷的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，建立裂紋輪廓信息與V型深度信息結(jié)合的缺陷參數(shù)化模型，采用最大等效應(yīng)力強度指標對缺陷引起的損傷進行量化并建立缺陷與工件結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的映射關(guān)系，完成從傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)到缺陷分析對象的轉(zhuǎn)化，采用sobol缺陷靈敏度方法完成工件結(jié)構(gòu)的缺

2、陷敏感部位與工件結(jié)構(gòu)敏感設(shè)計參數(shù)的定位篩選并將其作為優(yōu)化對象，利用多目標粒子群算法完成結(jié)構(gòu)缺陷敏感部位細節(jié)優(yōu)化，應(yīng)用于葉輪結(jié)構(gòu)中，將構(gòu)建的缺陷模型施加到葉輪結(jié)構(gòu)中進行分析優(yōu)化，相對比不考慮缺陷的設(shè)計方法，最大等效應(yīng)力大小降低18％，并且最大等效應(yīng)力集中在非裂紋處，有效地延緩了裂紋對葉輪的削弱作用，驗證了所提方法可以有效提高工件結(jié)構(gòu)敏感部位的安全性，對結(jié)構(gòu)設(shè)計具有重要的意義。
　　第一章綜述了工件結(jié)構(gòu)薄弱部位分析和優(yōu)化的國內(nèi)外研究現(xiàn)

3、狀，包括有限元法、應(yīng)力準則法、智能算法、拓撲優(yōu)化等方法;提出了目前研究中存在的問題，闡述了本文的研究意義，介紹了本文的組織框架。
　　第二章提出了基于輪廓信息的缺陷模型構(gòu)建方法，建立用于表達缺陷形體特征與含缺陷工件結(jié)構(gòu)強度模擬仿真的缺陷模型。提出基于缺陷輪廓數(shù)據(jù)、輪廓梯度、直線規(guī)整化的缺陷平面幾何特征提取，并結(jié)合V型假定形狀構(gòu)建缺陷三維模型的方法，實現(xiàn)了缺陷長度、寬度、深度、擴展方向與萌生位置等特征的表達。
　　第三章建立了

4、缺陷與工件結(jié)構(gòu)的參數(shù)損傷關(guān)聯(lián)性映射模型，為含缺陷工件結(jié)構(gòu)強度分析提供參考。采用最大等效應(yīng)力強度指標量化了缺陷對結(jié)構(gòu)的損傷程度，建立了缺陷形位參數(shù)與工件結(jié)構(gòu)參數(shù)間的關(guān)聯(lián)幾何映射模型，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)參數(shù)損傷程度由缺陷參數(shù)確定的轉(zhuǎn)化過程?？紤]了裂紋實際發(fā)育過程中參數(shù)耦合對結(jié)構(gòu)強度的影響，反映了缺陷不同參數(shù)之間影響關(guān)系。
　　第四章提出了考慮sobol缺陷敏感度的結(jié)構(gòu)抗缺陷性能優(yōu)化方法，解決了工件結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中忽略缺陷因素與優(yōu)化對象選擇盲目性

5、問題?；趕obol缺陷敏感度計算結(jié)果篩選出工件結(jié)構(gòu)易損部位與結(jié)構(gòu)缺陷敏感設(shè)計參數(shù)并作為結(jié)構(gòu)優(yōu)化對象，采用支持向量機的方法建立優(yōu)化變量與優(yōu)化目標的非線性預(yù)測模型，采用多目標粒子群算法完成工件結(jié)構(gòu)易損部位的抗缺陷性能優(yōu)化。
　　第五章將所提方法應(yīng)用于葉輪結(jié)構(gòu)中，驗證了抗缺陷性能優(yōu)化方法的有效性。將缺陷模型施加到葉輪結(jié)構(gòu)中獲得了含缺陷葉輪結(jié)構(gòu)的強度變化特征，定位了葉輪的缺陷敏感部位與缺陷敏感設(shè)計參數(shù)并優(yōu)化葉輪敏感部位，有效地延緩了缺陷