基于均值一阶Esscher近似的可靠性优化设计

将均值一阶Esscher近似可靠性分析方法与优化设计相结合,提出了一种新的可靠性优化设计方法,即基于均值一阶Esscher近似可靠性的优化设计。可靠性优化设计是在满足可靠度要求条件下,寻求使结构的重量最轻时,设计变量的最优值。均值一阶Esscher近似可靠性方法适用于基本随机变量是正态或非正态、连续或独立的失效概率的计算,但要求这些随机变量相互独立,有矩母函数,并且极限状态函数具有显示表达式,因此,提出的可靠性优化设计方法,对于含非正态变量的优化设计问题具有较高的计算精度。最后通过几个典型汽车零部件的可靠性优化设计实例,验证了方法的可行性。     

基于均值一阶Esscher's近似的可靠性灵敏度分析

可靠性灵敏度设计在可靠性设计和修改、可靠性稳健优化设计、可靠性维护等方面均有重要意义.在基于计算截尾概率的Esscher's近似技术的结构可靠性分析方法基础上,利用对非线性极限状态方程在基本随机变量均值点处做一阶泰勒展开的方法,提出计算具有非线性极限状态的结构失效概率方法即均值一阶Esscher's近似可靠性设计方法(Mean-value first order Esscher's approximation,MVFOEA),在此基础上,结合灵敏度分析技术,提出基于均值一阶Esscher's近似的可靠性灵敏度分析方法.基于Esscher's近似技术的结构可靠性分析方法要求基本随机变量相互独立,有矩母函数,并且要求极限状态函数具有显式表达式.由于利用基本随机变量全部的概率信息,而不仅仅是前几阶矩,提出的方法与可靠性分析的矩法相比,在计算失效概率时有较高的精度,通过三个数值算例验证了新方法高的计算精度.     

基于灵敏度附加目标函数的可靠性稳健优化设计

以实现多约束非线性优化问题的可靠性稳健优化设计为目标,在应用可靠性随机摄动技术建立多失效模式下机械零部件可靠度约束函数的基础上,构建了可靠性优化设计数学模型;通过对其目标函数和约束条件进行灵敏度分析,生成目标函数和约束函数的灵敏度附加项,提出了两种基于灵敏度附加目标函数的可靠性稳健优化设计模型;应用Matlab语言的优化和符号工具箱来实现新型旋转式立体车库载车台主梁结构的可靠性稳健优化设计。算例表明,提出的可靠性稳健优化设计方法具有较高的精度和可靠度,为机械零件的可靠性设计提供了理论依据。     

基于灵敏度附加目标函数的可靠性稳健优化设计

以实现多约束非线性优化问题的可靠性稳健优化设计为目标,在应用可靠性随机摄动技术建立多失效模式下机械零部件可靠度约束函数的基础上,构建了可靠性优化设计数学模型;通过对其目标函数和约束条件进行灵敏度分析,生成目标函数和约束函数的灵敏度附加项,提出了两种基于灵敏度附加目标函数的可靠性稳健优化设计模型;应用Matlab语言的优化和符号工具箱来实现新型旋转式立体车库载车台主梁结构的可靠性稳健优化设计。算例表明,提出的可靠性稳健优化设计方法具有较高的精度和可靠度,为机械零件的可靠性设计提供了理论依据。     

整体法兰的可靠性稳健优化设计

将可靠性优化设计理论、可靠性灵敏度分析技术与稳健设计方法相结合,讨论整体法兰的可靠性稳健优化设计问题,提出可靠性稳健优化设计的计算方法。把可靠性灵敏度溶入可靠性优化设计模型之中,将可靠性稳健优化设计归结为满足可靠性要求的多目标优化问题。数值算例表明所提出的数值计算方法是一种非常方便和实用的可靠性稳健优化设计方法。     

非正态分布参数的车辆零件可靠性稳健设计

将可靠性优化设计理论、可靠性灵敏度技术与稳健设计方法相结合,讨论了具有非正态分布参数的车辆零件的可靠性稳健设计问题,提出了可靠性稳健设计的计算方法。把可靠性灵敏度溶入可靠性优化设计模型之中,将可靠性稳健设计归结为满足可靠性要求的多目标优化问题。在基本随机参数的前四阶矩已知的情况下,通过计算机程序可以实现具有非正态分布参数的车辆零件的可靠性稳健设计,迅速准确地得到具有非正态分布参数的车辆零件的可靠性稳健设计信息。数值算例表明所提出的方法是一种非常方便和实用的可靠性稳健设计方法。     

鱼雷螺钉联接结构可靠性稳健优化设计

将可靠性优化设计理论与可靠性灵敏度分析方法相结合,应用可靠性稳健设计优化理论方法,对鱼雷螺钉联接结构进行了可靠性稳健优化设计.给出了计算分析结果.为工程实际的机械产品的可靠性稳健优化设计提供了理论依据.     

任意分布参数的车辆半轴的可靠性稳健设计

组合随机摄动法、四阶矩技术、可靠性优化设计、可靠性灵敏度与稳健设计等理论方法,提出了车辆半轴的可靠性稳健设计方法,将可靠性灵敏度作为目标函数之一体现在可靠性优化设计模型之中,将可靠性稳健设计归结为满足可靠性要求、重量最轻和敏感性最低的多目标优化设计问题。在基本随机参数的前四阶矩已知的情况下,可以实现基本随机参数为任意分布参数的车辆半轴的可靠性稳健设计。数值算例表明该方法是一种有效实用的设计方法。     

基于多目标非耦合优化策略的可靠性稳健优化设计

以实现多目标问题的可靠性稳健优化设计为目标,通过对目标函数和约束条件进行灵敏度分析,生成目标函数和约束函数的灵敏度附加项,建立了基于灵敏度附加目标函数的可靠性稳健优化设计模型;基于独立公理,使用正交试验和方差分析技术确定设计变量对各个设计目标的影响程度,将设计参数按无耦合或准耦合设计形式分组,把多目标优化问题单目标化,避免多个设计目标之间的反复权衡;结合增广乘子法,应用MATLAB的优化和符号工具箱来实现钳形盘式制动器的可靠性稳健优化设计。算例表明,提出的稳健设计方法具有较高的精度和可靠度。     

不完全概率信息的梁结构可靠性稳健设计

将可靠性设计理论和稳健设计方法相结合,讨论不完全概率信息的梁结构可靠性稳健设计问题,提出可靠性稳健设计的计算方法.把可靠性灵敏度溶入可靠性优化设计模型之中,将可靠性稳健设计归结为满足可靠性要求的多目标优化问题.在基本随机参数的前四阶矩已知的情况下,通过计算机程序可以实现不完全概率信息的梁结构可靠性稳健设计,迅速准确地得到不完全概率信息的梁结构可靠性稳健设计信息.     

非正态分布参数的多失效模式机械系统可靠性鲁棒设计

在机械系统可靠性设计理论、可靠性灵敏度分析和鲁棒设计方法的基础上,讨论了非正态分布参数的多失效模式机械系统可靠性鲁棒设计问题,提出了非正态分布参数的多失效模式机械系统可靠性鲁棒设计的计算方法．把可靠性灵敏度融入可靠性优化设计模型之中,将机械系统可靠性鲁棒设计归结为满足可靠性要求的多目标优化问题．在基本随机参数的前四阶矩已知的情况下,可以迅速准确地得到机械系统可靠性鲁棒设计信息．     

Reliability-based robust optimization design of automobile components with non-normal distribution parameters

In the reliability designing procedure of the vehicle components, when the distribution styles of the random variables are unknown or non-normal distribution, the result evaluated contains great error or even is wrong if the reliability value R is larger than 1 by using the existent method, in which case the formula is necessary to be revised. This is obviously inconvenient for programming. Combining reliability-based optimization theory, robust designing method and reliability based sensitivity analysis, a new method for reliability robust designing is proposed. Therefore the influence level of the designing parameters’ changing to the reliability of vehicle components can be obtained. The reliability sensitivity with respect to design parameters is viewed as a sub-objective function in the multi-objective optimization problem satisfying reliability constraints. Given the first four moments of basic random variables, a fourth-moment technique and the proposed optimization procedure can obtain reliability-based robust design of automobile components with non-normal distribution parameters accurately and quickly. By using the proposed method, the distribution style of the random parameters is relaxed. Therefore it is much closer to the actual reliability problems. The numerical examples indicate the following: (1) The reliability value obtained by the robust method proposed increases (>0.04%) comparing to the value obtained by the ordinary optimization algorithm; (2) The absolute value of reliability-based sensitivity decreases (>0.01%), and the robustness of the products’ quality is improved accordingly. Utilizing the reliability-based optimization and robust design method in the reliability designing procedure reduces the manufacture cost and provides the theoretical basis for the reliability and robust design of the vehicle components.     

基于通用生成函数的可靠性分析方法

提出了基于通用生成函数的可靠性分析方法。首先把连续随机变量离散化,并用离散变量的概率质量函数予以表示;其次根据通用生成函数运算法则计算极限状态函数的概率质量函数,再对极限状态函数的概率质量函数求各阶导数,得到极限状态函数的各阶矩;最后利用极大熵原理建立设计优化问题的数学模型,求解极限状态函数的概率密度函数和累积分布函数。文中所提出的方法避免了对极限状态函数进行灵敏度分析,也不需要求解设计验算点(MostProbable Point,MPP),适于求解混合离散变量和高度非线性问题。实例分析和与蒙特卡洛仿真对比结果验证了所提方法的有效性。     

基于灵敏度分析的稳健可靠性优化设计模型及MATLAB实现

在机械零件的可靠性优化设计中,普遍存在约束的作用,且最优解往往位子可行域的边界上。由于外界环境的变化或人为因素造成设计变量扰动,可能使设计成为不可行。本文提出了一种基于设计变量敏感度的稳键性设计方法,建立了基于灵敏度分析产生附加目标函数的两种稳健可靠性优化设计模型,并用 ＭＡＴＬＡＢ语言的优化工具箱和符号工具箱来实现机械零件的稳健可靠性优化设计,计算实例说明所述模型的可行性与实用性。     

基于禁忌搜索算法的电磁场逆问题鲁棒优化设计

为了综合分析优化解的性能,讨论了参数不确定条件下电磁场逆问题的鲁棒优化性。分析了鲁棒优化设计方法,研究了鲁棒期望适值函数关键参数的估计方法。以寻求鲁棒最优解为目标,应用改进的禁忌算法,基于鲁棒性能期望适值函数,求解了典型数学问题和工程设计问题。通过计算比较叠加扰动最优解条件下的目标函数值偏差,其结果表明,该研究算法能够快速有效地搜索到鲁棒最优解。     

稳健设计研究现状与模糊稳健设计研究进展

阐述了稳健设计理论的研究现状,对稳健设计研究的热点问题进行了分析,指出了稳健设计理论研究中存在的主要问题,提出了模糊稳健设计的概念。传统稳健设计方法的数学基础是数理统计与概率论,仅考虑随机性干扰因素,因而不能满足工程设计需要。模糊稳健设计是综合考虑产品设计、制造、使用过程中客观存在的各种随机因素与模糊因素,研究这些因素引起产品质量不确定性的规律,从而使产品设计达到优质低价的现代设计方法。讨论了模糊稳健设计的研究内容,对当前的研究进展进行了评述,并指出了稳健设计的发展趋势。     

基于三次设计和模糊理论的机械稳健设计

将稳健设计的三次设计法和模糊数学方法相结合,以圆柱螺旋弹簧为例,介绍了基于三次设计和模糊理论的机械稳健设计方法和步骤。     

基于整流补偿基波近似法的LCC谐振变换器参数设计

为解决因输出整流桥的存在而导致的LCC串并联谐振变换器谐振参数分析与计算复杂化这一问题,提出了利用整流补偿基波近似法对静电除尘用的具有电容型滤波器的LCC串并联谐振变换器负载进行线性化等效,将谐振变换器的并联电容、整流桥和负载等效为线性的RC串联电路,降低了变换器特性分析和参数计算的难度;在此基础上以18 k V/100 m A的高频静电除尘高压直流电源为例,给出了具有电容型滤波器的LCC谐振变换器参数的设计方法和设计参数,并用PSIM仿真软件进行了验证。研究结果表明:通过该方法设计出的谐振电路参数与实际的LCC谐振电路误差较小,针对高频高压静电除尘器电源的非线性负载,可以较为简便且准确地获得线性化等效模型;该方法对LCC串并联谐振变换器的参数设计和特性分析具有指导意义。     

公差可行稳健设计及其评价方法研究

公差可行稳健设计对于提高产品的质量起着重要的作用。在公差可行稳健模型的基础上,提出基于两步法和直接优化法的公差可行稳健设计法,针对约束函数为线性函数和非线性函数,采用基于重点抽样方法(MPP)进行装配成功率的估算,实现了对公差可行稳健性的评价。最后用实例进行验证。     

多层过盈联接的可靠性稳健设计研究

基于厚壁圆筒理论,通过分析多层过盈联接的几何关系,推导得出结合压力与过盈量的矩阵表达式,明确了多层过盈联接力学模型的函数关系。以风电锁紧盘作为多层过盈联接的具体实例,根据应力-强度模型和失效机理,建立了锁紧盘可靠度数学模型,同时确定了锁紧盘可靠度相对基本随机变量的灵敏度;依据可靠度对基本随机变量灵敏度平方和最小原则及满足最小可靠度的原则,建立了风电锁紧盘可靠性稳健设计数学模型;为多层过盈联接过盈量的确定提供一种评价指标,进一步精确过盈量的具体取值。通过对设计参量的分析,确定摩擦因数、装配间隙、屈服强度对锁紧盘可靠度的影响。以某型号风电锁紧盘为例,对经典设计方法与可靠性稳健设计方法进行了比较。结果表明,基于可靠性稳健设计的锁紧盘,其可靠度提高了47.6%,且除屈服强度外,可靠度对随机变量的灵敏度均小于经典设计方法,稳健性更强。最后,通过试验验证了基于文中设计方法的锁紧盘能够满足实际运转过程中给定的工况要求。