混合不確定性下可靠性優(yōu)化方法及其在空間繩系設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.pdf

1、不確定性現(xiàn)象普遍存在于機(jī)械（結(jié)構(gòu)）系統(tǒng)當(dāng)中，可靠性是反映不確定性條件下系統(tǒng)質(zhì)量的一個(gè)重要性能指標(biāo)，優(yōu)化設(shè)計(jì)是現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論中實(shí)現(xiàn)包括可靠性在內(nèi)性能指標(biāo)的一種重要設(shè)計(jì)方法。隨著機(jī)械系統(tǒng)的精密、高速、重載和輕型的發(fā)展趨勢(shì)，機(jī)械產(chǎn)品的可靠性要求日益提高。對(duì)于只包含隨機(jī)不確定性的情況，基于概率的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法已日趨成熟；對(duì)于包含由知識(shí)不足、信息模糊、數(shù)據(jù)不完備等原因引起的認(rèn)知不確定性的情況，基于可能性的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)已表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)；但對(duì)于

2、同時(shí)包含隨機(jī)和認(rèn)知不確定性的情況，目前還沒(méi)有一套完整的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法體系。針對(duì)上述情況，為適應(yīng)目前機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)中的模型通用性低、計(jì)算復(fù)雜性高以及計(jì)算工作量大等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，本文以可展開(kāi)空間繩系的設(shè)計(jì)為主要工程背景，結(jié)合概率可靠性和可能可靠性的理論基礎(chǔ)，旨在研究探索一套能夠處理混合不確定性情況的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法體系，為機(jī)械產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　(1)對(duì)于分別包含隨機(jī)和認(rèn)知不確定性的情況，分別

3、介紹基于概率的可靠性和基于可能性的可靠性建模理論及其分析方法，并分別給出對(duì)應(yīng)的基于可靠性的優(yōu)化設(shè)計(jì)(Reliability Based Design Optimization，RBDO)和基于可能性的優(yōu)化設(shè)計(jì)(Possibility Based Design Optimization，PBDO)模型及其高效的求解算法。以此為基礎(chǔ)，提出能夠處理同時(shí)包含隨機(jī)和認(rèn)知不確定性的混合變量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)(Mixed Variable Design Opt

4、imization，MVDO)模型，并提出基于順序優(yōu)化與可靠性評(píng)估(Sequential Optimization and Reliability Assessment，SORA)方法的MVDO模型求解方法和流程；通過(guò)典型的機(jī)械設(shè)計(jì)算例分析驗(yàn)證該方法的有效性。
　　(2)對(duì)于極限狀態(tài)函數(shù)為非線性隱式函數(shù)的問(wèn)題，本文結(jié)合試驗(yàn)設(shè)計(jì)、有限元方法和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，提出基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高精度全局代理模型。以代理模型的誤差為不確定性變量，以假設(shè)檢

5、驗(yàn)理論為基礎(chǔ)，提出確認(rèn)和驗(yàn)證代理模型精度的假設(shè)檢驗(yàn)方法。以曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的可靠性分析為算例，驗(yàn)證了該方法具有較好的可行性和較高的求解精度。
　　(3)以可展開(kāi)空間繩系為應(yīng)用對(duì)象，對(duì)所提出的混合不確定性條件下的可靠性建模方法和求解策略進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證。在分析可展開(kāi)機(jī)構(gòu)的功能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行包括載荷、設(shè)計(jì)參數(shù)和計(jì)算模型在內(nèi)的不確定性因素分析，建立可展開(kāi)機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)代理模型，以及可展開(kāi)機(jī)構(gòu)的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，并獲得具有一定工程