1、近幾十年來，伴隨著新材料、先進制造工藝和以科學計算為基礎的仿真分析均出現(xiàn)重大技術進步，工程結構分析與設計技術也呈現(xiàn)出多樣化發(fā)展的趨勢。以結構多目標優(yōu)化、多學科協(xié)同優(yōu)化設計、結構可靠度分析與設計以及魯棒設計等為代表的先進結構設計思想已經(jīng)在實際工程結構設計應用中得到體現(xiàn)，這也契合了當前日益攀升的工程結構設計要求，即縮短設計周期，降低開發(fā)成本，提高設計質量，及對環(huán)境與客戶更友好等。另一方面，盡管計算機仿真能力與計算效率已經(jīng)取得較大進展，但新材

2、料與新結構形式在工程結構設計中的廣泛應用仍可能使傳統(tǒng)的結構分析手段出現(xiàn)困難，不論是采用結構試驗還是復雜仿真分析來輔助結構設計，都對上述結構設計要求提出挑戰(zhàn)。因此，非常有必要研究各種適應結構分析能力現(xiàn)狀的設計技術，而對代理模型技術的研究及其對于輔助結構分析與設計方面的應用已經(jīng)成為當前國內外的熱門研究課題。
　　 本文圍繞代理模型在結構分析與設計中的應用展開研究，分別探討了基于結構試驗的復合材料沖擊損傷表征及基于有限元仿真計算的結構

3、可靠度分析問題，其中研究重點放在新型代理模型技術在結構可靠度分析中的應用。本文提出了一種改進的人工神經(jīng)網(wǎng)絡建模技術，實現(xiàn)了該方法在復合材料結構沖擊損傷表征中的應用;基于各基本結構可靠度分析方法的不足，提出了一種新型結構可靠度分析的Two-Phase混雜模型;將移動最小二乘技術推廣于結構可靠度分析領域，并基于失效概率計算特征提出了新型雙加權移動最小二乘方法，以提高分析效率;研究了有限元分析中的靈敏度計算原理，具體推導了靈敏度信息輔助Kri

4、ging插值的建模方法，并提出了兩種基于靈敏度信息的結構可靠度分析方法。主要研究工作及結論如下:
　　 (1)建立了改進的人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型，并實現(xiàn)了該模型在復合材料沖擊損傷表征中的應用
　　 針對實際復合材料飛機結構設計中沖擊損傷表征出現(xiàn)的困難，提出了以結構試驗結果作為訓練樣本，構建人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型(Artificial Neural Network,ANN)來定義結構沖擊響應與影響參數(shù)之間的函數(shù)關系?；谟柧殬颖军c的數(shù)

5、據(jù)特征，對傳統(tǒng)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡訓練方法進行了改進，提出了利用交叉驗證技術(Cross-Validation，CV)確定最佳網(wǎng)絡結構與初始參數(shù)的方法。為了驗證所提出方法的有效性，將其應用于復雜非線性函數(shù)和蜂窩夾層結構沖擊損傷表征問題中。結果顯示所提方法均能夠有效地建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型對未知函數(shù)關系進行近似，且表現(xiàn)出比采用傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡建模方法更穩(wěn)定的特征;
　　 (2)提出了結構可靠度分析的兩階段(Two-Phase)混雜模型

6、　　 鑒于含隱式極限狀態(tài)函數(shù)的結構可靠度分析問題中，一次二階矩法、MonteCarlo法與經(jīng)典響應面法都存在各自的優(yōu)點與不足，提出了一種能夠凸顯三種方法分析優(yōu)勢、避免各自計算缺陷的可靠度分析Two-Phase混雜模型。在Two-Phase混雜模型中，基于一次二階矩法與代理模型的新型序列自適應抽樣技術保證了在1stPhase中能夠在極限狀態(tài)曲面附近抽取更多的樣本點，這對于提高2ndPhase中基于MonteCarlo法的失效概率Pf計算

7、精度與效率有直接影響。通過4個典型可靠度分析算例，驗證了所提方法能夠有效實現(xiàn)將樣本點布置在極限狀態(tài)曲面附近，計算結果與其它可靠度方法相比也存在明顯優(yōu)勢，即Two-Phase混雜模型可以在失效概率Pf的計算精度與計算效率上同步得到改進。
　　 (3)開展了雙加權移動最小二乘技術在結構可靠度分析中的應用研究
　　 為了將移動最小二乘技術(Moving Least Square，MLS)推廣于結構可靠度分析應用中，首先介紹了其

8、基本理論，并結合結構可靠度分析中失效概率計算的基本原理，提出了一種改進的雙加權移動最小二乘法并使其能更適應可靠度分析問題特征。新的加權方案能夠將隨機變量空間中靠近極限狀態(tài)曲面或最可能失效點的樣本點分配更大的權系數(shù)值，因此能夠提高極限狀態(tài)曲面或最可能失效點的近似精度。而這對于提高失效概率計算精度有促進作用。3個典型算例的結果表明，與其它近似代理模型相比，移動最小二乘法能夠有效地應用于結構可靠度分析問題，且采用雙加權移動最小二乘模型比采用普

9、通移動最小二乘模型具備更高的失效概率計算精度。
　　 (4)提出了基于仿真靈敏度信息的結構可靠度分析模型
　　 將計算機仿真程序特征與結構可靠度分析特征綜合考慮，研究了提高失效概率Pf計算效率的一種新方法。以主流有限元軟件均能提供的仿真靈敏度信息利用為例，提出了兩種利用仿真靈敏度信息輔助進行結構失效概率計算的方法:1.將仿真靈敏度信息轉化為一次二階矩法中極限狀態(tài)函數(shù)對隨機變量的偏導數(shù)。三個工程算例的結果表明，靈敏度信息極