【摘要】：多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化(Multidisciplinary Design Optimization,MDO)是針對大型復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化方法體系。傳統(tǒng)MDO的設(shè)計參數(shù)、設(shè)計變量都是確定的,然而實際工程中,真實存在的時變不確定性因素會對復(fù)雜機械系統(tǒng)的性能造成威脅。此外,MDO中往往存在著復(fù)雜的耦合特性,這使得量化復(fù)雜機械系統(tǒng)中的時變不確定變得非常復(fù)雜。時變MDO一般有時變可靠性分析和設(shè)計優(yōu)化兩個方面的研究內(nèi)容。由于代理模型方法在計算效率上的優(yōu)勢,本文首先采用代理模型方法對時變可靠性進(jìn)行分析;其次,在多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化方面,本文在MDO優(yōu)化算法上做了一些初步的研究。本文主要內(nèi)容如下:(1)針對MDO問題耦合關(guān)系的復(fù)雜性,傳統(tǒng)方法不易快速定位到目標(biāo)函數(shù)值附近的缺點,本文提出了一種基于改進(jìn)寬容分層序列法的MDO方法,并詳細(xì)給出了改進(jìn)寬容分層序列法的求解流程。該方法將MDO系統(tǒng)優(yōu)化層作為主要優(yōu)化目標(biāo),學(xué)科耦合協(xié)調(diào)作為次要優(yōu)化目標(biāo),在二分法框架下,能夠穩(wěn)定搜尋滿足耦合關(guān)系的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)值。并用數(shù)學(xué)算例和心臟偶極子算例驗證了所提方法的有效性。(2)由于時變不確定性因素本身的復(fù)雜性,常規(guī)時變可靠性分析的效率都比較低。本文利用時變響應(yīng)極限值方法,將時變可靠性轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ芎瘮?shù)為隱式的傳統(tǒng)可靠性分析問題,然后利用二次多項式響應(yīng)面建立了時變可靠性分析方法。提出的二次響應(yīng)面方法通過多次近似建立局部高精度的方式計算時變可靠度,能有效提升時變可靠性分析的效率,并通過兩個工程算例驗證了所提方法的有效性。(3)由于MDO框架中包含耦合特性,時變不確定性因素會隨著耦合向各個子學(xué)科傳播,由此造成了在MDO框架中進(jìn)行時變可靠性分析的困難性。首先,詳細(xì)分析了典型樣本的傳播特性,進(jìn)而推廣得到整個時變系統(tǒng)的傳播特性;其次,在傳統(tǒng)MDO解耦策略的基礎(chǔ)上,計算了雙循環(huán)分析機制來搜尋包含狀態(tài)函數(shù)的功能函數(shù)的時變響應(yīng)極限值,并結(jié)合代理模型方法,最終建立了多學(xué)科框架下的時變可靠性分析計算模型,實現(xiàn)了多學(xué)科框架下的時變可靠性分析。并通過一個耦合特征明顯的的數(shù)值算例驗證了所提方法的有效性。(4)為了提升復(fù)雜機械系統(tǒng)在時變不確定性因素影響下的性能,必須對復(fù)雜機械系統(tǒng)進(jìn)行多學(xué)科時變可靠性設(shè)計優(yōu)化。因為逆可靠性分析方法能有效提升可靠性設(shè)計優(yōu)化的效率,本文首先在Kriging模型的基礎(chǔ)上,建立目標(biāo)約束響應(yīng)極限值的響應(yīng)模型,實現(xiàn)了時變功能函數(shù)的逆可靠性分析;其次,在SORA(Sequential Optimization and Reliability Assessment)方法基礎(chǔ)上,建立了解決多學(xué)科時變可靠性設(shè)計優(yōu)化問題的方法框架。最后,以一個數(shù)學(xué)算例和減速器設(shè)計算例驗證了方法的有效性。
【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】：2018
【分類號】：TH122

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2767296