机械系统模糊可靠性优化设计研究

发布时间：2020-07-28 18:57

【摘要】： 随着科学技术的发展,可靠性工程越来越为世界各国所重视。产品的可靠性直接影响产品的使用性能,从而影响产品的竞争能力。努力提高产品的可靠性,可以有效地防止故障和事故的频繁发生,特别是灾难性事故的发生,也可以避免开发产品时频繁的“事后更改”现象,从而缩短开发周期、节约开发成本、降低维修费,提高产品的竞争能力。随着对可靠性研究的不断深入,人们发现许多工程实际问题不仅存在随机因素,也广泛地存在模糊性因素,将模糊理论引入可靠性研究,用模糊可靠性的研究方法解决问题是当前工程实际的要求。机械模糊可靠性优化设计是对涉及机械工程中的优化问题过程中存在的各类模糊因素进行优化分析。本文对机械系统进行可靠性分析时,将模糊数学理论与故障树理论相结合提出模糊故障树分析的全部过程,并且将模糊综合评判与FMECA结合提出了故障模式与影响的模糊分析。在研究可靠性理论和模糊数学的基础上,将模糊可靠性方法应用到机械结构及零部件的优化设计中。设计过程包括建立实际问题的优化数学模型；将可靠性指标及其它约束条件看做模糊因素；将这些模糊约束条件转化成普通约束,即把模糊可靠性优化设计问题转化成普通优化设计问题；用Matlab遗传算法优化工具箱进行求解,得到最优的设计方案。此外对已设计的机械系统可靠度进行预测也是进行可靠性分析的一种分析方法。在对结构模型进行可靠性分析时,考虑外载荷、材料强度、构件尺寸、边界条件和加工公差等基本变量由于测量误差等各种随机因素的影响,采用概率有限元法进行计算。直接使用ANSYS软件的参数化设计语言APDL来对零件进行建模和划分网格,然后使用蒙特卡罗法进行可靠性分析,生成可靠性分析文件。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH122;F224;TB114.3
【图文】：

M文件,约束条件,目标函数

将以上设计变量初始值和上下边界、目标函数以及约束条件带入MATLAB遗传算法工具箱，编写M文件，设置初始参数，取群体规模数为30，杂交率为0.8，变异率为0.1，最大迭代次数100。目标函数M文件:侧匆自阅侧潮廊喇翻如姻咖幽递目州映印七Iext印必圈下卯七p妇卜月少嗽叩卿耐。料水币:6百翻一麟嘛麟吟州绘淤峨此如略叫钊一。:倡姗!，一应二‘!，延二卜!磷必}贬1件念一L3下滋赶笼王益一长孤nha若而从褂-、f=18。49*二(1)‘3*x(2)’3权(3)图4.2目标函数M文件约束条件M文件:

运行结果,M文件,运行计算

图4.2目标函数M文件件M文件:脚一下沙叫纯翻琳中翅叫翻珍如一铆爹降夕净一}澡背烈娜幸斋磊丢医速鱼曦;垂一l呵但匆峨呼卿孩喇吟{黛三一(536.了卜210439.15*(l/(x〔1)’3粗(2)‘3权〔3)))’0.5)八59.77‘2+16314.1’2/(义(1)’3权(2)(489.2卜210439.15。(z/(x(l)‘3*x(2)’3*x(3)、)‘0.5)/(54.5’2+16814.1’2/(x(z)‘3*x(2)’3*(53卜了19Q44.22/(x(1)‘3粗(2)‘2牡(3)))/(118.32’2+(62125.42/(x(l)‘3粗(2)‘2权(3))少‘2(52卜653250.8盯(x〔1、’3*x(2)’2*x(3)))/(106.08‘2+(56440.87/(x(1)’3枚〔2)’2权《3)))‘2):图4.3约束条件M文件ATLAB运行计算可获得结果:

M文件,目标函数,运行计算

图4.2目标函数M文件条件M文件:舜勿脚一下沙叫纯翻琳中翅叫翻珍如土攘一铆爹降夕净一}澡背烈娜幸斋磊丢医速鱼曦;垂一l呵但匆峨呼卿孩喇吟{黛三[2.38一(536.了卜210439.15*(l/(x〔1)’3粗(2)‘3权〔3)))’0.5)八59.77‘2+16314.1’2/(义(1)’3权(2)“3*x(3)).3十(489.2卜210439.15。(z/(x(l)‘3*x(2)’3*x(3)、)‘0.5)/(54.5’2+16814.1’2/(x(z)‘3*x(2)’3*:‘3、))’02.38-(53卜了19Q44.22/(x(1)‘3粗(2)‘2牡(3)))/(118.32’2+(62125.42/(x(l)‘3粗(2)‘2权(3))少‘2)’0.5:.38一(52卜653250.8盯(x〔1、’3*x(2)’2*x(3)))/(106.08‘2+(56440.87/(x(1)’3枚〔2)’2权《3)))‘2)’0.5:]:下[]:图4.3约束条件M文件MATLAB运行计算可获得结果:

【引证文献】