Neue Ansaetze fuer die zuverlaessigkeitsorientierte Strukturoptimierung unter Beachtung zeitvarianter Aspekte

The optimization of structures with respect to cost, weight or performance is a well-known application of the nonlinear optimization. However reliability-based structural optimization has been subject of only very few studies. The approaches suggested up to now have been unsatisfactory regarding general possibility of application or easy handling by user. The objective of this thesis is the development of general approaches to solve both optimization problems, the minimization of cost with respect to constraint reliabilty and the maximization of reliability under cost constraint. The extented approach of an one-level-method will be introduced in detail for the time-invariant problems. Here, the reliability of the sturcture will be analysed in the framework of the First-Order-Reliability-Method (FORM). The use of time-variant reliability analysis is necessary for a realistic modelling of many practical problems. Therefore several generalizations of the new approaches will be derived for the time-variant reliability-based structural optimization. Some important properties of the optimization problems are proved. In addition some interesting extensions of the one-level-method, for example the cost optimization of structural series systems and the cost optimization in the frame of the Second-Order-Reliabiity-Method (SORM), are presented in the thesis. (orig.)Die Optimierung von Tragwerken im Hinblick auf die Kosten, das Gewicht oder die Gestalt ist eine sehr bekannte Anwendung der nichtlinearen Optimierung. Die zuverlaessigkeitsorientierte Strukturoptimierung wurde dagegen weit seltener untersucht. Die bisher vorgeschlagenen Ansaetze koennen bezueglich ihrer allgemeinen Verwendbarkeit oder ihrer nutzerfreundlichen Handhabung nicht befriedigen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist nun die Entwicklung allgemeiner Ansaetze zur Loesung der beiden Optimierungsprobleme, einer Kostenminimierung unter Zuverlaessigkeitsrestriktionen und einer Zuverlaessigkeitsmaximierung bei der Beachtung einer Kostenbeschraenkung. Der erweiterte Ansatz eines Mono-Level-Verfahrens wird fuer zeitinvariante Probleme ausfuehrlich vorgestellt, wobei die Zuverlaessigkeit der Tragwerkselemente im Rahmen der Methode erster Ordnung (FORM) analysiert wird. Fuer eine realitaetsnahe Modellierung vieler praktischer Probleme ist die Verwendung zeitvarianter Zuverlaessigkeitsbetrachtungen notwendig, weshalb verschiedene Verallgemeinerungen der neuen Ansaetze fuer die zeitvariante zuverlaessigkeitsorientierte Strukturoptimierung hergeleitet werden. Einige wichtige Eigenschaften der Optimierungsprobleme werden bewiesen. Ferner werden einige interessante Erweiterungen dieses Mono-Level-Verfahrens, zum Beispiel die Kostenoptimierung von Tragwerkssystemen und die Kostenoptimierung im Rahmen der Zuverlaessigkeitsmethode zweiter Ordnung (SORM), angegeben. (orig.)Available from TIB Hannover: RR 275(2000,1) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEDEGerman