發(fā)布時間：2020-07-23 11:58

【摘要】：多學科設計優(yōu)化(Multidisciplinary Design Optimization,MDO)是針對大型復雜系統(tǒng)的設計優(yōu)化方法體系。傳統(tǒng)MDO的設計參數、設計變量都是確定的,然而實際工程中,真實存在的時變不確定性因素會對復雜機械系統(tǒng)的性能造成威脅。此外,MDO中往往存在著復雜的耦合特性,這使得量化復雜機械系統(tǒng)中的時變不確定變得非常復雜。時變MDO一般有時變可靠性分析和設計優(yōu)化兩個方面的研究內容。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行分析;其次,在多學科設計優(yōu)化方面,本文在MDO優(yōu)化算法上做了一些初步的研究。本文主要內容如下:(1)針對MDO問題耦合關系的復雜性,傳統(tǒng)方法不易快速定位到目標函數值附近的缺點,本文提出了一種基于改進寬容分層序列法的MDO方法,并詳細給出了改進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,學科耦合協(xié)調作為次要優(yōu)化目標,在二分法框架下,能夠穩(wěn)定搜尋滿足耦合關系的優(yōu)化目標函數值。并用數學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。本文利用時變響應極限值方法,將時變可靠性轉變?yōu)楣δ芎瘮禐殡[式的傳統(tǒng)可靠性分析問題,然后利用二次多項式響應面建立了時變可靠性分析方法。提出的二次響應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科傳播,由此造成了在MDO框架中進行時變可靠性分析的困難性。首先,詳細分析了典型樣本的傳播特性,進而推廣得到整個時變系統(tǒng)的傳播特性;其次,在傳統(tǒng)MDO解耦策略的基礎上,計算了雙循環(huán)分析機制來搜尋包含狀態(tài)函數的功能函數的時變響應極限值,并結合代理模型方法,最終建立了多學科框架下的時變可靠性分析計算模型,實現(xiàn)了多學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值算例驗證了所提方法的有效性。(4)為了提升復雜機械系統(tǒng)在時變不確定性因素影響下的性能,必須對復雜機械系統(tǒng)進行多學科時變可靠性設計優(yōu)化。因為逆可靠性分析方法能有效提升可靠性設計優(yōu)化的效率,本文首先在Kriging模型的基礎上,建立目標約束響應極限值的響應模型,實現(xiàn)了時變功能函數的逆可靠性分析;其次,在SORA(Sequential Optimization and Reliability Assessment)方法基礎上,建立了解決多學科時變可靠性設計優(yōu)化問題的方法框架。最后,以一個數學算例和減速器設計算例驗證了方法的有效性。
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH122

【參考文獻】

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本文編號：2767296