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考虑多源不确定性的复杂装备关键结构优化设计研究

发布时间:2020-07-29 15:47
【摘要】:在工程实践中,存在着多种不同来源、不同类型的不确定性因素。只有在设计过程中充分考虑这些不确定性因素,才有可能获得真正高性能的装备。国内外现有关于结构不确定性优化设计研究尚存在以下不足之处:首先,现有给定若干候选结构方案的多目标优化较少考虑望目型和偏离型优化目标,难以解决包含偏离型等异类目标的复杂装备关键结构方案多目标优化问题;其次,现有考虑概率区间的结构可靠性分析方法在可靠性指标求解过程中经常会出现收敛缓慢、甚至不收敛的情况,且可靠性优化求解过程比较繁琐,计算效率低;再次,对于概率区间不确定性共同影响下如何提高复杂装备关键结构性能的稳健性尚缺乏研究。论文针对这些不足,开展考虑多源不确定性的复杂装备关键结构优化设计研究,提出并实现基于异类TOPSIS(HTOPSIS)的复杂装备关键结构方案多目标优化设计、基于自适应步长可靠性分析的复杂装备关键结构参数优化、考虑概率区间不确定性的复杂装备关键结构参数稳健优化等方法和技术,对提高复杂装备关键结构的性能与可靠稳健性具有重要意义。论文的主要内容包括:第一章综述了结构方案优化设计、可靠性优化设计和稳健性优化设计的国内外研究现状,分析了现有研究中存在的问题,提出了论文的主要研究内容。第二章综合考虑望大型、望小型、望目型和偏离型异类评价指标,构建了复杂装备关键结构方案多目标优化问题的决策模型,提出了一种HTOPSIS法,给出了望目型和偏离型指标的等效转换方法,基于区间可能度和三角模糊数的相对偏好关系实现了各异类评价指标的统一规范化,并在确定各异类评价指标正负理想解的基础上,基于相对贴近度系数实现了复杂装备关键结构候选方案的优选。第三章以概率变量描述概率分布已知的不确定因素,以区间变量描述认知不确定因素,建立了基于概率区间的复杂装备关键结构可靠性优化设计模型,提出了一种自适应步长的可靠性分析法,引入修正角的概念来提高结构可靠性分析的效率,在此基础上,结合PRSM近似模型技术和遗传算法实现了复杂装备关键结构可靠性优化设计模型的高效求解。第四章建立了复杂装备关键结构参数的概率区间稳健优化设计模型,提出了混合不确定性约束性能的可行稳健性指数和基于可行稳健性指数的优于关系准则,通过负理想解贴近距离进行结构设计向量的直接优劣排序,结合Kriging近似模型技术、MCS法和遗传算法实现了对含概率区间变量的复杂装备关键结构稳健优化模型的直接求解。第五章总结了论文的研究工作和主要成果,并指出了需要进一步研究的方向。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TH122
【图文】:

异类,关键结构,方案优化,评价指标


为指标数值越大越好。望目型指标表现为其离给定的常数越近越好,而偏离型指逡逑标表现为其离给定的常数越远越好。由于不确定性因素的存在t42],异类指标的数逡逑据类型可描述为实数、区间数、三角模糊数和模糊语言[43]。如图2.1所示:逡逑逦1邋异类指标 ̄|逦逡逑望大型指标逦望小型指标逦|偏离型指标逦!^望固型指标逡逑确定丨H旨标^|逦不确定性指标逡逑'^!__邋^^逡逑实数逦模糊#言逦区间数逦三角模糊数逡逑图2.1复杂装备关键结构方案优化中的异类评价指标逡逑对于具有Z7个指标的m个候选方案的复杂装备关键结构方案优化问题,其相逡逑应的方案集和指标集可分别表示为,…,&丨和d邋=逦。指标集逡逑内指标的数据类型可分为实数、区间数和三角模糊数,分别表示为逡逑4邋一邋七’,p骸狽B+l’0_/,+2’邋…’°/2邋}邋’邋p阂诲巍卞澹煎錘B邋¥邋?/?2邋<邋”。逡逑设邋7^={1,2,…,NB},iV2={NB+1

三角模糊数,模糊语言,异类,向量变换


逦基于HTOPSIS的复杂装备关键结构方案多目标优化逡逑糊语言时,可将其转换为相应的三角模糊数[46],其隶属函数如图2.2所示。逡逑^x)--邋\4^L,r<_x<_r逦{22)逡逑、0,其他逡逑逦F逦G逦VG邋_邋E—邋P:Poor(0,0,0-2)逡逑/V邋TV邋7\逦71逦F:Fair(0.1,0.2,0.4)逡逑j邋\逦/邋\逦/邋\逦/邋\逦/逦G:Good(0.3,0.5,0.7)逡逑j邋\逦/逦\逦/逦\逦\逦VG:Very邋Good(0.6,0.8,0.9)逡逑\邋/逦\逦/逦\逦/逦\邋/逦E:Excellent(0.8,l,l)逡逑A邋X邋X邋A逡逑0逦0.1邋0.2邋0.3邋0.4邋0.5邋0.6邋0.7邋0.8邋0.9逦1邋x逡逑图2.2模糊语言的三角模糊数逡逑2.3结构方案多目标优化中异类性能指标的统一规范化逡逑由于异类评价指标的数量级、量纲和单位不同,因此有必要对异类指标进行逡逑统一规范化。Jahan等人[47〗通过向量变换法来统一规范化所有指标之间的差异,逡逑并将其应用于不同指标值的规范化排序。但是,该向量变换法仅仅针对望小型和逡逑望大型指标的规范化

关键结构,硕士学位论文,多目标优化,异类


图2.3基于HT0PS1S的复杂装备关键结构方案异类多目标不确定性优化流程逡逑15逡逑

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本文编号:2774173

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