论文题目：基于可靠性的玻璃纤维增强塑料夹砂管涵优化设计及优化算法研究
摘要：近年来,玻璃纤维增强塑料管作为一种由高强度、低密度的复合材料管道,由于其具有地下管道所需的耐腐蚀性强、高强、轻质等一系列优点,逐渐被土木工程领域关注和研究。国内外大量学者对纤维增强塑料管的性能和应用进行了大量的实验研究。玻璃纤维增强塑料管主要被应用于市政排水排污、公路涵洞等领域。国内外对玻璃纤维增强塑料管的应用越来越广泛,并且对其生产技术和力学性能不断优化,其中玻璃钢夹砂管的发展具有十分前景。玻璃钢夹砂管道虽然有许多优势,但在管道设计、经济造价、工程应用等方面还存在许多问题有待解决,我们还需要做大量的实验研究和探索。目前,我国对玻璃纤维增强塑料夹砂管涵的力学性能研究仍处在初始阶段,近几年有学者对玻璃纤维增强塑料夹砂管涵进行了疲劳状态下的管涵力学性能分析,对管涵在车辆载荷下进行安全性评价等,但对于结构优化设计内容研究较少。本文基于经典层合板理论,建立了玻璃纤维增强塑料夹砂管涵的本构模型,对管壁的各层刚度性能进行了探讨,通过利用蒙特卡罗法对管壁进行了可靠度分析,最后通过利用改进的鲸鱼算法对玻璃纤维增强塑料夹砂管涵的结构优化提出了建议,所完成的主要工作如下:（1）对玻璃纤维增强塑料夹砂管涵的国内外研究现状进行了系统的概述,特别分析了国内学者的最新研究进展,并通过对比分析然后提出了目前玻璃纤维增强塑料夹砂管涵的研究方向。基于复合材料结构力学内容,分析了纤维缠绕复合材料的应力-应变关系,并结合玻璃纤维增强塑料夹砂管涵特点建立了适用于夹砂管涵的本构模型。（2）建立玻璃纤维增强塑料夹砂管涵的结构可靠性分析模型。详细阐述了结构可靠性计算方法。在分析单元层可靠性的基础上,基于最终层失效假设,采用Tsai-Wu失效准则和Tang失效准则评估结构材料破坏模式,并采用蒙特卡罗模拟（MCS）方法分析确定层合结构的主要失效序列,评估了玻璃纤维增强塑料夹砂管涵的系统可靠性。（3）研究和分析了鲸鱼优化算法（WOA）,对其收敛性进行了改进,引入了自适应调整权重来改进鲸鱼优化算法的寻优过程,并首次采用改进的鲸鱼优化算法分析了玻璃纤维增强塑料夹砂管层合结构的可靠性优化设计问题。
关键词：玻璃钢夹砂管;可靠性;优化设计;鲸鱼优化算法
学科专业：结构工程
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 纤维增强塑料管的研究背景
1.1.1 研究的意义
1.1.2 研究的目的
1.2 纤维增强塑料管发展及研究现状
1.2.1 纤维增强塑料管力学性能研究现状
1.2.2 纤维增强塑料管长期性能研究现状
1.2.3 纤维增强塑料管疲劳分析研究现状
1.2.4 纤维增强塑料管失效评估研究现状
1.2.5 玻璃纤维增强塑料夹砂管涵国内外研究现状
1.3 课题研究内容、方法
1.3.1 研究内容
1.3.2 研究方法
第2章 玻璃纤维增强塑料夹砂管涵的理论研究
2.1 单层纤维缠绕复合材料理论
2.1.1 正交各向异性弹性体的应力-应变关系
2.1.2 单层材料任意方向的应力-应变关系
2.2 多层纤维缠绕层合板理论
2.2.1 层合板壳应力-应变关系
2.2.2 层合板壳刚度特性
2.3 玻璃纤维增强塑料夹砂管涵分析理论研究
2.3.1 各单层材料力学参数分析
2.3.2 层合管壁刚度特性
2.4 本章小结
第3章 可靠性分析
3.1 结构可靠性理论
3.2 可靠度分析
3.3 结构可靠度计算方法
3.3.1 解析法
3.3.2 数值模拟法
3.4 层合结构可靠性分析
3.5 本章小结
第4章 鲸鱼优化算法研究
4.1 鲸鱼优化算法基本描述
4.2 鲸鱼算法的原理及实现
4.2.1 鲸鱼的包围捕食
4.2.2 鲸鱼的气泡捕食
4.2.3 搜索猎物(全局搜索)
4.2.4 基本鲸鱼优化算法流程
4.3 基于自适应权重的鲸鱼算法改进
4.3.1 自适应调整权重
4.3.2 仿真对比
4.4 本章小结
第5章 基于改进鲸鱼算法的管道优化设计
5.1 层合结构可靠性优化问题描述
5.2 基于最终失效准则的FRPM管涵可靠性分析
5.3 基于改进鲸鱼算法的FRPM管涵可靠性优化
5.3.1 优化问题描述
5.3.2 可靠性优化
5.4 本章小结
结论与展望
结论
展望
参考文献
致谢