43、大型结构可靠性设计优化与微动接触应力的系统柔度影响

大型结构可靠性设计优化与微动接触应力的系统柔度影响

1. 大型结构可靠性设计优化

在大型结构的设计中，可靠性设计优化（RBDO）至关重要。为解决RBDO问题，提出了一种基于非侵入式程序构建的PCE（多项式混沌展开）元模型。

1.1 优化结果对比

方法	分析次数	CPU时间	最小化的μW (kN)
PCE元模型	1200	1	27.88
MCS（蒙特卡罗模拟）	10,000	129	27.83

从表格数据可以看出，PCE元模型和MCS的优化结果相近，但PCE元模型所需的CPU时间远少于MCS，仅为MCS的约1/129。这表明PCE元模型在计算效率上具有显著优势，能使高维不确定性下的优化问题更易于处理。

1.2 模型验证

通过对比响应概率密度函数（PDF），发现PCE能很好地近似“真实”有限元（FE）模型。为验证拟合优度，得到W的留一法误差（ϵLOO）为2.635%。

使用特定公式求解RBDO问题，基于PCE元模型得到的最优CHS（圆空心截面）尺寸值为：d0 = 165 mm，t = 4.