有限信息下基于证据理论的桁架结构多目标拓扑优化设计

作     者：苏瑜 唐和生 SU Yu;TANG Hesheng

作者机构：湖北工业大学土木建筑与环境学院湖北武汉430068 同济大学土木工程学院上海200092 

出 版 物：《西北工业大学学报》 (Journal of Northwestern Polytechnical University)

年 卷 期：2023年第41卷第4期

页      面：722-731页

核心收录：

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：国家自然科学基金(51178337) 湖北省自然科学基金青年项目(2018CFB287)资助 

主　　题：认知不确定性 证据理论 桁架结构 多目标优化 并行化计算 

摘      要：不确定信息往往是缺乏的、具有较大的离散性,如何在认知不确定性扰动下保证结构具有良好的稳健性成为多目标拓扑优化设计的技术难题。引入证据理论量化认知不确定,采用基于失效似然度的失效概率区间上限建立新的可靠性指标,将结构总质量和结构可靠性同时作为优化目标,提出了基于证据理论的多目标拓扑优化设计模型。采用无需梯度信息且具有出色非支配策略的多目标并行化微分演化算法求解Pareto最优前沿。为了验证所提方法的有效性,以木桁架结构为优化对象,选取木材的弹性模量和结构荷载为不确定变量,采用所提方法进行多目标拓扑优化。根据优化结果制作6榀相同的桁架试件进行随机静力加载试验,通过试验所得的应力及节点位移判断桁架结构的失效概率,以此验证基于证据理论的稳健性拓扑优化方法的可行性。试验结果表明,基于证据理论的优化方法可以避免认知不确定波动造成的优化结果的偏差,为设计人员提供了一种在考虑数据信息不充足、认知水平有限等情况下仍能使优化结果具有稳健性的新方法。