应对未料灾变的实存装备局部再设计方法

发布时间：2020-05-27 13:57

【摘要】：严重的自然灾害(如地震、海啸、洪水、暴风雪)会给人民的生命、财产和环境造成巨大损失及隐患,有些灾害具有突发性、未料性和严重危害性特点,往往超出事先的防灾预案,本文称之为未料灾变。为了应对这类未料的灾害,需要紧急抢险抗灾,将灾害造成的损失减少到最低,这需要及时(在数日或数周内)提供所需数量的应急装备或装置,如何快速设计／制造应急装备(产品)成为当务之急。然而,目前的应急研究侧重对非常规突发事件(或灾变)的应急决策和管理,对实施抗灾救灾应急装备设计的研究尚少。 在国家自然科学基金的资助下,本文研究应对一类未料灾变的机械装备的快速响应设计,简称为应急设计。重点研究应对一类未料灾变的实存装备局部再设计方法,希望有助于为抗灾救灾及时提供应急机械装备,将灾害带来的损失降至最低。 论文的主要工作如下： (1)提出一种应对一类未料灾变的实存装备局部再设计过程模型。针对一类灾害,提炼出应对一类未料灾变的5项设计需求原则(Emergency Requirements 5,ER5)。为实现抗灾救灾的超常规快响应设计,采取在实存装备(主模块)上附加一个(或若干)功构组件(副模块)的组合设计,实现设计与制造统筹的超常规快速响应。由于应对未料灾变多属非预案设计,主副模块可能是异构的,因此需进行耦合分析和冲突消解,以及优化设计。 (2)给出针对实存装备主副模块组合的耦合分析方法。给出一种新的完全关联矩阵(CDM)同时表达直接关联和间接关联(变更传播)信息。在构建CDM的过程中进行了设计变更传播分析,通过对CDM进行聚类(耦合)分析,识别设计中参数和功能的耦合关联关系,并识别出聚类模块之间具有较复杂耦合关系的功能和参数,为主副模块耦合分析和冲突消解提供支持。经除冰雪车的汽车底盘与涡喷发动机耦合分析案例验证。 (3)提出一种人机结合双系统协同进化方法(DCCEA-HC),以实现复杂工程系统设计的参数冲突消解和优化设计。首先给出一种改进的设计变量变粒度双系统协同进化算法,进而在进化过程中加入人工方案(个体),与计算方案(个体)组成种群,基于协同进化算法框架实现人工个体和计算个体在基因层次的人机结合,并论述了实现人机结合的若干技术,构成人机结合双系统协同进化方法(DCCEA-HC)。通过一个卫星布局设计实例的数值仿真实验和一个多学科优化(MDO)标准算例,对本文DCCEA-HC进行验证。 (4)最后通过除冰雪车的实存装备局部再设计案例,验证本文实存装备局部再设计方法的可行性和有效性。 本文研究应急实存装备的局部再设计方法,期望为应对一类未料灾变的机械装备局部再设计提供方法支持,期望有助于应对未料灾变应急设计理论研究的进展。
【图文】：

(a)2004年印尼海啸后伪)2011年3.H日本地震海啸图1.1印尼和日本的地震海啸(来自新华网)Fig.1.1Earthquakeandtsuna而haPPenedinIndonesiaandJapan年来自然灾害的发生愈加频繁，我国更是自然灾难频发的国家。这些未料灾害给生命财产和国民经济造成巨大损失和严重破坏，灾后隐患更是难以估量(如图防灾救灾己经成为了一个函待解决的问题。过去抗灾救灾的应急研究存在两个显点:

尽管应对未料灾变的机械装备快速响应设计面临如此多的困难，理论和方法上都缺乏深入研究，但在应急装备快速响应设计的工程实践中已有一些的成功案例，令人鼓舞。.在俄罗斯，工程师采用废旧的涡喷发动机充当“吹雪机”来清除积雪。图1.3是一种老式的涡喷除雪车，它将米格发动机通过特殊的支架安装在汽车底盘上，并有专门控制室，显得较为笨重。.美国阿波罗13号登月飞船在执行第3次探月任务时，服务舱的二号氧气罐发生了爆炸，服务舱的两个氧气罐的氧气全部损失，三位宇航员不得不把登月舱当作返回地球的“救生艇”。然而，，登月舱生命保障系统中的二氧化碳过滤和排放系统无法支持足够长的时间，保证航天员返回地球。在地面系统的支持和帮助下，航天员采用航天器上可获得的组件(包括塑料袋，薄纸板，登月宇航服上的部分组件以及很多的磁带)在一个小时之内组装好了一个临时二氧化碳去除装置(见图1.4)。该装置通过一个软管从指令舱存放的方形活性炭吸气
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TH122

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本文编号：2683637