基于证据理论的机械可靠性分析及优化设计方法

发布时间：2017-06-28 12:10

  本文关键词：基于证据理论的机械可靠性分析及优化设计方法，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：不确定性问题广泛存在于工程产品从设计、制造到使用的全生命周期中,单个的或少数的不确定性因素对系统的影响较小,但多个不确定因素的耦合作用可能会对产品的品质造成很大影响,因此在设计阶段有效度量和控制不确定性对保证产品质量和可靠性十分重要。不确定性可认为是现有知识水平和完备知识水平下对事物认知的差异,不确定性通常可分为随机不确定性和认知不确定性两类。概率理论可较好地处理随机不确定性,认知不确定性的建模理论主要包括可能性理论、模糊集理论、凸模型理论和证据理论等,其中证据理论是一种更为一般的认知不确定性建模方法,它具有很强的建模和分析能力,在工程领域有着较好的应用潜力。目前,基于证据理论的可靠性评估及设计尚处于初级阶段,仍有一系列技术难点需要解决,特别是效率问题、混合可靠性问题、优化设计问题等。本论文针对上述技术难点开展了相应地研究,其主要工作如下：(1)针对常规证据理论可靠性分析计算效率较低的问题,提出了一种新型证据理论可靠性分析方法。首先,针对证据理论可靠性分析的特点提出了一种新型实验设计方法,并构建极限状态方程的代理模型；其次,基于该代理模型进行证据理论可靠性分析；最后,提出了容差修正策略,对基于代理模型的证据理论可靠性分析结果进行精度修正和补偿,以获得精度较高的分析结果。(2)针对同时包含随机和认知不确定性的混合可靠性问题,提出了一种概率-证据混合可靠性分析方法。借助证据变量均匀化手段,将证据变量转变为概率变量,并将传统概率可靠性分析中的最可能失效点概念引入概率-证据混合可靠性分析模型；然后,基于最可能失效点对极限状态方程进行泰勒线性展开,从而可将原问题复杂的三层嵌套问题转化为双层嵌套问题,从而进行高效混合可靠性分析。(3)针对基于证据理论的优化设计问题,提出了一种基于近似梯度法的证据理论可靠性优化设计方法。首先,在没有搜集额外信息的前提下,提出了一种证据理论可靠性测度的近似梯度,从而可借助成熟高效的基于梯度的优化算法进行外层优化迭代；其次,对于内层的可靠性评估过程,不断随设计点更新约束的代理模型,从而准确地评估约束的似真度：最后,通过与经典算法对比可发现其较好的平衡了优化过程的计算效率和计算精度。
【关键词】：结构可靠性 认知不确定性 证据理论 优化设计 混合可靠性 梯度近似
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB114.3;TH122
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 研究的背景和意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.2.1 随机可靠性分析12-13
• 1.2.2 证据理论可靠性分析13-14
• 1.3 本文的主要研究内容14-15
• 第2章 证据理论可靠性分析基本流程15-21
• 2.1 引言15
• 2.2 证据理论的基本概念15-19
• 2.2.1 识别框架15
• 2.2.2 基本可信度分配15-16
• 2.2.3 证据合成法则16-18
• 2.2.4 可信度和似真度18-19
• 2.3 常规证据理论可靠性分析19-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第3章 基于容差修正策略的证据理论可靠性分析方法21-35
• 3.1 引言21
• 3.2 代理模型的构建21-23
• 3.3 容差修正策略23-26
• 3.3.1 可靠性误差分析23-24
• 3.3.2 可靠性分析流程24-26
• 3.4 算例分析26-34
• 3.4.1 解析函数问题26-29
• 3.4.2 复合材料悬臂梁结构29-32
• 3.4.3 汽车五自由度半车模型32-34
• 3.5 本章小结34-35
• 第4章 高效的概率-证据混合可靠性分析方法35-47
• 4.1 引言35
• 4.2 混合可靠性问题描述35-37
• 4.3 高效的概率-证据混合可靠性分析37-40
• 4.3.1 证据变量均匀化37-38
• 4.3.2 搜寻MPP点38-39
• 4.3.3 计算可靠性区间39
• 4.3.4 算法流程39-40
• 4.4 算例分析40-46
• 4.4.1 悬臂梁40-42
• 4.4.2 曲柄滑块机构42-45
• 4.4.3 汽车保险杠低速碰撞45-46
• 4.5 本章小结46-47
• 第5章 基于近似梯度的证据理论可靠性优化设计方法47-61
• 5.1 引言47
• 5.2 基于概率理论的RBDO47-48
• 5.3 基于近似梯度法的EBDO48-53
• 5.3.1 EBDO模型48-49
• 5.3.2 近似梯度的构造49-52
• 5.3.3 内层约束可靠性的高效评估52-53
• 5.3.4 算法基本流程53
• 5.4 算例分析53-60
• 5.4.1 悬臂梁的设计53-55
• 5.4.2 薄壁压力容器的设计55-58
• 5.4.3 汽车正面碰撞的轻量化设计58-60
• 5.5 本章小结60-61
• 结论与展望61-63
• 参考文献63-69
• 致谢69-71
• 附录 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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中国硕士学位论文全文数据库 前2条

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本文编号：493806