(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111186465.7 (22)申请日 2021.10.12 (71)申请人 河北工程大 学 地址 056038 河北省邯郸市经济技 术开发 区太极路19号 (72)发明人 石华旺　薛冲冲　李目达　 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06N 3/00(2006.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 一种玻璃纤维增强塑料夹砂管管涵可靠性 优化设计方法及最优层合结构 (57)摘要 本发明提出一种玻璃纤维增强塑料夹砂管 管涵可靠性优化设计方法及最优层合结构， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1、 根据玻璃纤维增 强塑料夹砂管管涵层合板不同材料， 铺层结构， 确定板的相关参数； 步骤2、 计算结构的失效概 率， 并得到玻璃纤维增强塑料夹砂管管的可靠度 指标； 步骤3、 运用基于一种改进鲸鱼算法以系统 的可靠度指标最大为目标， 对层合结构铺层角进 行优化； 步骤4、 分析对比步骤3所得到的结果， 得 到玻璃纤维增强塑料夹砂管管涵层最优层合结 构； 本发明实现了增加璃纤维增强塑料夹砂管管 涵的使用寿命， 降低管涵失效性， 增加管涵使用 效率。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 113962070 A 2022.01.21 CN 113962070 A 1.一种玻璃纤维增强塑料夹砂管管涵 可靠性优化设计方法及最优层合结构， 其特征在 于， 包括以下步骤： 步骤1、 根据玻璃纤维增强塑料夹砂管管涵层合板不同材料， 铺层结构， 确定板的相关 参数； 步骤2、 计算结构的失效概 率， 并得到玻璃纤维增强 塑料夹砂管 管的可靠度指标； 步骤3、 运用基于一种改进鲸鱼算法以系统的可靠度指标最大为目标， 对层合结构铺层 角进行优化； 步骤4、 分析对比步骤3所得到的结果， 得到玻璃纤维增强塑料夹砂管管涵层最优层合 结构。 2.如权利要求1所述的一种玻璃纤维增强塑料夹砂管管涵层合结构的可靠性优化设计 方法， 其特征在于， 步骤1中的玻璃纤维增强塑料夹砂管管壁结构层由缠绕层和夹砂层组 成， 纤维缠绕层又分为环向纤维缠绕和交叉纤维缠绕， 基于玻璃纤维增强塑料夹砂管管壁 的特点， 简化玻璃纤维增强塑料夹砂管管涵结构为一个简支正交层合板壳受轴向压荷 载Nx 和Ny作用。 考虑两层夹砂层， 铺层结构为[(+θ )/( ‑θ )/0/90/(+θ )/( ‑θ )]s， 长宽为a、 b， 每个单 层板的厚度为h0， 管壁材料参数依据现有材 料进行选取。 3.如权利要求1所述的一种玻璃纤维增强塑料夹砂管管涵层合结构的可靠性优化设计 方法， 其特 征在于， 步骤3中可靠性优化设计模型为 式中， βsys为玻璃纤维增强塑料夹砂管管涵的可靠度指标， θ表示纤维角缠绕角度， hi表 示层合结构第i层厚度， hα层合结构总厚度的限值； 步骤3中一种改进鲸鱼算法依据下式： 其中， p为[0， 1]上的随机数， t表示当前迭代， 表示第t代中最佳的鲸鱼位置(猎 物)， 表示第t+1代鲸鱼个体位置， 为收敛因子， 表示个体与最优鲸鱼位置(猎 物)之间的距离， 在迭代过程中从2减 到0， 为0到1之间随机向量， 是从当前种群中选 择的鲸鱼随机位置， b为常量系数， l为[ ‑1， 1]之间的随机数， Piworst、 Pibest表示当前 鲸鱼种群权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 113962070 A 2中最远鲸鱼的位置向量和最优鲸鱼的位置向量， k1、 k2是两个常数， 分别为变量 xi的上界和下界。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 113962070 A 3