混合不確定性下可靠性優(yōu)化方法及其在空間繩系設計中的應用.pdf

1、不確定性現(xiàn)象普遍存在于機械（結構）系統(tǒng)當中，可靠性是反映不確定性條件下系統(tǒng)質(zhì)量的一個重要性能指標，優(yōu)化設計是現(xiàn)代設計理論中實現(xiàn)包括可靠性在內(nèi)性能指標的一種重要設計方法。隨著機械系統(tǒng)的精密、高速、重載和輕型的發(fā)展趨勢，機械產(chǎn)品的可靠性要求日益提高。對于只包含隨機不確定性的情況，基于概率的可靠性優(yōu)化設計方法已日趨成熟；對于包含由知識不足、信息模糊、數(shù)據(jù)不完備等原因引起的認知不確定性的情況，基于可能性的可靠性優(yōu)化設計已表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢；但對于

2、同時包含隨機和認知不確定性的情況，目前還沒有一套完整的可靠性優(yōu)化設計方法體系。針對上述情況，為適應目前機械可靠性設計中的模型通用性低、計算復雜性高以及計算工作量大等現(xiàn)實問題，本文以可展開空間繩系的設計為主要工程背景，結合概率可靠性和可能可靠性的理論基礎，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)化設計方法體系，為機械產(chǎn)品的可靠性設計提供技術支持。本文的主要研究內(nèi)容如下：
　　(1)對于分別包含隨機和認知不確定性的情況，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，并分別給出對應的基于可靠性的優(yōu)化設計(Reliability Based Design Optimization，RBDO)和基于可能性的優(yōu)化設計(Possibility Based Design Optimization，PBDO)模型及其高效的求解算法。以此為基礎，提出能夠處理同時包含隨機和認知不確定性的混合變量優(yōu)化設計(Mixed Variable Design Opt

4、imization，MVDO)模型，并提出基于順序優(yōu)化與可靠性評估(Sequential Optimization and Reliability Assessment，SORA)方法的MVDO模型求解方法和流程；通過典型的機械設計算例分析驗證該方法的有效性。
　　(2)對于極限狀態(tài)函數(shù)為非線性隱式函數(shù)的問題，本文結合試驗設計、有限元方法和BP神經(jīng)網(wǎng)絡，提出基于神經(jīng)網(wǎng)絡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，以假設檢

5、驗理論為基礎，提出確認和驗證代理模型精度的假設檢驗方法。以曲柄搖桿機構的可靠性分析為算例，驗證了該方法具有較好的可行性和較高的求解精度。
　　(3)以可展開空間繩系為應用對象，對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行實例驗證。在分析可展開機構的功能和結構特點的基礎上，進行包括載荷、設計參數(shù)和計算模型在內(nèi)的不確定性因素分析，建立可展開機構的強度神經(jīng)網(wǎng)絡代理模型，以及可展開機構的可靠性優(yōu)化設計模型，并獲得具有一定工程