【摘要】：多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化(Multidisciplinary Design Optimization,MDO)很早就被認(rèn)為是未來工程設(shè)計領(lǐng)域的尖端關(guān)鍵技術(shù)。傳統(tǒng)的MDO是“確定的”MDO,即把載荷、材料特性以及幾何尺寸等因素看成是確定性的。然而在實際工程中,不確定性因素客觀廣泛存在于復(fù)雜耦合機(jī)械系統(tǒng)的全生命周期中。對于復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的MDO,不確定分析是一大研究熱點(diǎn)。此外,退化失效是復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的最終失效的主要原因之一,對MDO中的不確定性研究必然從靜態(tài)向動態(tài)轉(zhuǎn)變。其中導(dǎo)致大量產(chǎn)品最終失效的時變不確定性是MDO的重點(diǎn)研究工作。本文正基于此,對時變不確定MDO進(jìn)行了一系列有益的初步研究,主要內(nèi)容如下:(1)由于MDO問題的復(fù)雜性,很難找到一種通用的算法適用于所有的MDO問題。目前解決MDO問題主要有兩大類計算方法:傳統(tǒng)優(yōu)化方法和現(xiàn)代智能算法。然后針對傳統(tǒng)的優(yōu)化方法難以克服目標(biāo)函數(shù)需連續(xù)、容易陷入局部最優(yōu)等固有缺陷,提出了基于改進(jìn)的人工蜂群算法求解多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化問題。首先,探討了現(xiàn)在智能算法在MDO中的應(yīng)用,然后詳細(xì)介紹了ABC算法的特點(diǎn)和優(yōu)越性;其次,提出了基于增廣拉格朗日乘子法的改進(jìn)的ABC算法;最后通過MDO數(shù)學(xué)算例和圓柱彈簧的設(shè)計問題驗證了改進(jìn)算法方法的有效性。(2)對于目前的MDO研究,都假設(shè)不確定因素之間是不相關(guān)的,然而在實際工程系統(tǒng)中,不確定因素之間的相關(guān)性確實客觀存在的。人為忽略不確定因素之間的相關(guān)性將會導(dǎo)致設(shè)計結(jié)果不準(zhǔn)確。本文利用非概率超橢球模型建立了不確定因素相關(guān)的量化模型;其次將不確定因素相關(guān)的量化模型以約束的形式添加到協(xié)同優(yōu)化求解框架中,最終建立了考慮不確定因素相關(guān)的MDO體系;最后通過MDO數(shù)學(xué)算例以及薄壁壓力管設(shè)計問題證明了該方法的有效性。(3)針對機(jī)械系統(tǒng)中大量存在的時變不確定因素,利用隨機(jī)微分方程理論,提出一種時變不確定條件下的多學(xué)科可靠性設(shè)計優(yōu)化方法。該方法首先探討了復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)性能的時變特征,利用隨機(jī)微分方程量化時變不確定性;其次利用多學(xué)科同時分析優(yōu)化方法,建立了時變不確定條件下的MDO體系;最后通過多學(xué)科數(shù)學(xué)算例以及減速器設(shè)計問題驗證了該方法的準(zhǔn)確性和有效性。(4)復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的性能會隨著運(yùn)行時間的延長逐漸退化,有效處理時變不確定因素,進(jìn)而全面提高復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計水平,已成為機(jī)械系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的關(guān)鍵問題。考慮到機(jī)械系統(tǒng)的時變特性,基于時變靈敏度分析方法和多學(xué)科穩(wěn)健設(shè)計優(yōu)化相結(jié)合,搭建一種多學(xué)科時變靈敏度穩(wěn)健設(shè)計優(yōu)化方法框架。首先,在時變靈敏度分析中,考慮時變因素并通過經(jīng)驗修正公式計算狀態(tài)方程時變可靠性靈敏度,進(jìn)而量化時變不確定因素對系統(tǒng)性能的影響;其次,考慮到不確定因素在多學(xué)科中的傳播影響,通過簡化的隱式不確定傳播方法結(jié)合序列二次規(guī)劃方法建立時變不確定條件下在學(xué)科間的傳播量化模型;最后,將穩(wěn)健設(shè)計思想融入到多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化中,進(jìn)而達(dá)到降低不確定因素對系統(tǒng)性能函數(shù)影響的目的。一個多學(xué)科數(shù)學(xué)算例和一個四輥軋機(jī)的設(shè)計問題證明了該方法的準(zhǔn)確性和有效性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH122;TP18

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本文編號：2377281