文档介绍：南京航空航天大学
硕士学位论文
基于蚁群算法的结构疲劳可靠性优化方法研究
姓名:贾瑞
申请学位级别:硕士
专业:航空宇航推进理论与工程
指导教师:崔海涛
20080501
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
结构优化设计作为结构设计理论和方法的重要方面,受到了工程界的广泛重
视。蚁群算法作为一种新型的仿生优化算法,具有很强的适应性和易于与其他方
法相结合的特点。采用蚁群算法进行结构优化设计具有重要的工程意义。本文在
总结蚁群算法的基本原理和实现技术的基础上,结合可靠性以及疲劳可靠性理论
和方法,开展结构疲劳可靠性优化的理论和实现技术研究,并将其应用于涡轮盘
结构的疲劳可靠性优化分析。研究工作包括以下几方面:
.通过对蚁群算法基本原理的研究,给出了基本蚁群算法和 TACO 蚁群算
法的数学模型,并编程实现了上述两种算法。以函数优化为例,验证了两种算法
及程序的正确性。
.将 TACO 蚁群算法与有限元法相结合,发展了一种基于 TACO 蚁群算法
的结构优化算法,并将该方法应用于涡轮盘结构的优化分析。结果表明:结构优
化后,轮盘重量降低了,与 ANSYS 优化结果接近,验证了所发展的结构优
化方法是有效的。
.在上述结构优化方法的基础上,结合可靠性理论,采用一次二阶矩法计
算结构可靠度,发展了一种基于 TACO 蚁群算法的结构可靠性优化方法。以轮
盘转速和弹性模量为随机变量,对涡轮盘结构进行可靠性优化分析。研究表明:
可靠度优化后,涡轮盘重量降低了 %,可靠度从优化前的提高到。
经与 ANSYS 软件的可靠性优化结果对比,验证了本文所提出的可靠性优化分析
方法的有效性。
,选用 Walker 模型预测涡轮盘的疲劳寿命,
提出了一种基于 TACO 蚁群算法的结构疲劳寿命可靠性优化方法。针对涡轮盘
结构,以轮盘转速和弹性模量为随机变量,应用所发展的方法进行了疲劳寿命可
靠性优化分析。研究表明:在疲劳可靠度优化后,轮盘重量降低了 %,疲劳
可靠度从优化前的提高到了。与 ANSYS 软件的寿命可靠性优化结果接
近,验证了本文所提出的疲劳可靠性优化分析方法是可行、有效的。

关键词:结构优化,可靠性优化,疲劳可靠性优化,蚁群算法,涡轮盘

I
基于蚁群算法的结构疲劳可靠性优化方法研究
ABSTRACT
Structural optimization design is a principal aspect of structural design. It has
been put a great emphasis on in engineering. As a novel category of bionic algorithm,
Ant colony algorithm has strong robustness and is easy bine with other
methods. So it is valuable to apply this algorithm into the structural optimization. The
thesis has summed up the principle and the implement technology of ant algorithm,
combining the theory and the method of the reliability to do the research on the
fatigue reliability optimization. The main work can be generalized as follows:
1. Research on the new category of bionic algorithm-Ant algorithm. Analysis the
models of ant algorithm and TACO-Ant algorithm detailed. And give the program of
the two algorithms. As an example, some mathematic functions are optimized to
prove the validity.
2. Combining TACO-Ant algorithm with FEM, develop the method of structural