多学科设计优化关键技术研究及其在机构学领域中的应用
发布时间：2021-04-25 11:25
随着科学技术的不断进步,机械系统越来越精密、复杂,其内部各组成部分之间的相互作用也日益明显。机械系统设计通常涉及到多学科、多目标、多约束、多个设计变量,使得机械系统的总体设计过程十分复杂。为挖掘设计潜力,提高设计质量,多学科设计优化（Multidisciplinary DesignOptimization,MDO）理论得到了极大重视。MDO通过充分利用各学科间相互作用所产生的协同效应,获得系统的整体最优解或工程满意解。目前,MDO已引起了国内外学术界的广泛关注,并在航空航天领域内取得了巨大成功,产生了巨大的效益。MDO在航空航天领域内的巨大成功也引起了其他工程设计领域的重视,MDO的应用范围已经拓展到了武器、汽车、计算机、通信、机械、医疗以及建筑等各个领域。引入MDO的思想到机构设计领域,研究了机构的设计模式。介绍了机构的串行、集成和MDO设计模式的定义,分析了机构设计模式的思想,建立了机构设计模式的优化模型,研究了机构设计模式的优缺点。归纳了MDO的耦合因素的类型,分析了影响MDO子系统之间耦合程度的一些主要因素,研究了耦合因素相互作用的机理,着重对交叉耦合因素进行深入研究分析,利用...
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 MDO的基本概念
1.2.1 MDO的定义
1.2.2 MDO的基本术语
1.3 MDO的发展历程
1.4 国外研究现状及分析
1.4.1 MDO的基础理论的研究现状
1.4.2 MDO算法的研究现状
1.4.3 MDO集成软件框架的研究与工业运用的现状
1.5 国内研究现状及分析
1.5.1 MDO的基础理论与算法的研究现状
1.5.2 MDO集成软件框架的研究与工业运用的现状
1.6 本文的主要研究内容
1.7 本章小结
第2章 机构设计模式的研究
2.1 引言
2.2 机构的设计变量
2.3 机构的设计模式
2.3.1 串行设计模式
2.3.2 集成设计模式
2.3.3 MDO设计模式
2.4 应用实例
2.4.1 3-RRS并联机器人
2.4.1.1 优化问题的描述
2.4.1.2 设计过程与计算结果
2.4.2 电机—四杆机构
2.4.2.1 优化问题的描述
2.4.2.2 设计过程
2.4.2.3 设计结果的分析与比较
2.5 设计模式的比较
2.5.1 机构的串行与集成设计模式的比较
2.5.2 机构的串行与MDO设计模式的比较
2.5.3 机构的集成与MDO设计模式的比较
2.6 本章小结
第3章 MDO耦合复杂性的研究
3.1 引言
3.2 MDO设计变量的类型
3.3 影响MDO子系统之间耦合程度的因素分析
3.4 系统灵敏度分析方法
3.4.1 最优灵敏度分析方法
3.4.1.1 目标函数的一阶最优灵敏度分析
3.4.1.2 目标函数的二阶最优灵敏度分析
3.4.2 全局灵敏度方程方法
3.4.3 滞后耦合伴随方法
3.4.4 OSA、GSE和LCA三种方法的比较
3.5 MDO解耦与机构解耦的比较
3.6 基于灵敏度分析的MDO解耦方法
3.6.1 机构系统MDO模型的特点
3.6.2 灵敏度分析与计算方法
3.6.3 耦合强度和隶属度函数
3.6.4 强弱耦合因素的判定准则
3.6.5 MDO的解耦方法
3.7 应用实例
3.7.1 平面六杆机构
3.7.2 二自由度机器人
3.8 本章小结
第4章 MDO算法的研究
4.1 引言
4.2 MDO的近似技术
4.2.1 局部近似技术
4.2.1.1 基于泰勒级数的近似
4.2.1.2 基于正项式级数的近似
4.2.1.3 基于微分方程的近似
4.2.2 全局近似技术
4.2.2.1 可变复杂度模型
4.2.2.2 二次响应面
4.2.2.3 径向基神经网络
4.2.2.4 Kriging模型
4.3 试验设计方法
4.3.1 中心组合设计
4.3.2 正交试验设计
4.3.3 均匀设计
4.4 基于KRIGIING近似技术的CO算法
4.4.1 近似技术的比较
4.4.2 算法基本思想
4.4.2.1 构造Kriging近似模型
4.4.2.2 算法的步骤和流程图
4.5 应用实例
4.5.1 典型函数优化问题
4.5.2 工程测试算例
4.6 本章小结
第5章 MDO可行解的评价方法
5.1 引言
5.2 MDO系统的特点
5.3 基于AHP的MDO子系统（学科）重要度的确定
5.4 满意解和满意度的定义
5.4.1 满意解与满意度的传统定义
5.4.2 满意解和满意度的定义
5.5 MDO系统可行解的满意度函数
5.5.1 定量指标的满意度函数
5.5.2 定性指标满意度函数
5.6 复杂系统MDO可行解的综合满意度的评价方法
5.6.1 综合满意度函数
5.6.2 理想解法
5.6.3 相对熵法
5.7 MDO可行解的评价方法
5.7.1 可行解的定义
5.7.2 MDO可行解的满意评价模型
5.7.3 MDO可行解的评价方法
5.8 应用实例
5.9 本章小结
结论
1.论文的主要工作
2.论文的主要创新点
3.研究工作的展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]混合驱动连杆机构的串行和并行设计[J]. 谢进,魏宏,阎开印,陈永. 机械工程学报. 2007(09)
[2]一种改进的协同优化过程研究[J]. 杨维维,赵勇,陈小前,姚雯. 系统工程与电子技术. 2007(09)
[3]机械运动方案评价中评价因素权重确定的模糊层次分析法[J]. 古莹奎,吴陆恒. 中国机械工程. 2007(09)
[4]基于多学科设计优化的深海空间站总体设计方法研究[J]. 操安喜,崔维成. 舰船科学技术. 2007(02)
[5]基于粒子群优化和协同优化的多学科设计优化研究[J]. 陈亚洲,高亮,周驰. 机械科学与技术. 2007(04)
[6]几种新型多学科设计优化算法及比较[J]. 刘克龙,姚卫星,余雄庆. 计算机集成制造系统. 2007(02)
[7]基于Agent模型的汽车车身多学科设计优化研究[J]. 孔凡国. 机械设计与研究. 2006(06)
[8]多学科优化设计及其在汽车设计中的应用[J]. 屈翔,游四海,贾秋红. 重庆工学院学报. 2006(11)
[9]一种处理多学科优化问题的通用和有效方法[J]. 王晓慧,夏人伟. 宇航学报. 2006(05)
[10]飞机总体协同优化中的一种混合混沌算法[J]. 周盛强,向锦武. 北京航空航天大学学报. 2006(08)
博士论文
[1]基于非线性科学理论的机构设计新方法的研究[D]. 谢进.西南交通大学 2006
[2]飞机设计的多学科优化方法研究[D]. 张科施.西北工业大学 2006
[3]面向飞航导弹的多学科稳健优化设计方法及应用[D]. 陈建江.华中科技大学 2004
硕士论文
[1]基于Kriging模型的球磨机齿轮传动可靠性优化设计[D]. 张利辉.吉林大学 2007
[2]铰接驱动式三自由度并联机器人运动学分析与优化[D]. 袁贺玲.吉林大学 2007
[3]铰接驱动式三自由度摇动装置动力学分析与控制[D]. 朱志磊.吉林大学 2007
[4]飞机多学科设计优化中的近似方法研究[D]. 张健.西北工业大学 2006
[5]着舰引导仿真转台单自由度控制系统研究[D]. 李冰.哈尔滨工程大学 2006
[6]平面铰链四杆机构的动力和控制设计[D]. 任毅.西南交通大学 2005
[7]平面机构结构和控制的并行设计[D]. 谢维.西南交通大学 2003
本文编号：3159301
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 MDO的基本概念
1.2.1 MDO的定义
1.2.2 MDO的基本术语
1.3 MDO的发展历程
1.4 国外研究现状及分析
1.4.1 MDO的基础理论的研究现状
1.4.2 MDO算法的研究现状
1.4.3 MDO集成软件框架的研究与工业运用的现状
1.5 国内研究现状及分析
1.5.1 MDO的基础理论与算法的研究现状
1.5.2 MDO集成软件框架的研究与工业运用的现状
1.6 本文的主要研究内容
1.7 本章小结
第2章 机构设计模式的研究
2.1 引言
2.2 机构的设计变量
2.3 机构的设计模式
2.3.1 串行设计模式
2.3.2 集成设计模式
2.3.3 MDO设计模式
2.4 应用实例
2.4.1 3-RRS并联机器人
2.4.1.1 优化问题的描述
2.4.1.2 设计过程与计算结果
2.4.2 电机—四杆机构
2.4.2.1 优化问题的描述
2.4.2.2 设计过程
2.4.2.3 设计结果的分析与比较
2.5 设计模式的比较
2.5.1 机构的串行与集成设计模式的比较
2.5.2 机构的串行与MDO设计模式的比较
2.5.3 机构的集成与MDO设计模式的比较
2.6 本章小结
第3章 MDO耦合复杂性的研究
3.1 引言
3.2 MDO设计变量的类型
3.3 影响MDO子系统之间耦合程度的因素分析
3.4 系统灵敏度分析方法
3.4.1 最优灵敏度分析方法
3.4.1.1 目标函数的一阶最优灵敏度分析
3.4.1.2 目标函数的二阶最优灵敏度分析
3.4.2 全局灵敏度方程方法
3.4.3 滞后耦合伴随方法
3.4.4 OSA、GSE和LCA三种方法的比较
3.5 MDO解耦与机构解耦的比较
3.6 基于灵敏度分析的MDO解耦方法
3.6.1 机构系统MDO模型的特点
3.6.2 灵敏度分析与计算方法
3.6.3 耦合强度和隶属度函数
3.6.4 强弱耦合因素的判定准则
3.6.5 MDO的解耦方法
3.7 应用实例
3.7.1 平面六杆机构
3.7.2 二自由度机器人
3.8 本章小结
第4章 MDO算法的研究
4.1 引言
4.2 MDO的近似技术
4.2.1 局部近似技术
4.2.1.1 基于泰勒级数的近似
4.2.1.2 基于正项式级数的近似
4.2.1.3 基于微分方程的近似
4.2.2 全局近似技术
4.2.2.1 可变复杂度模型
4.2.2.2 二次响应面
4.2.2.3 径向基神经网络
4.2.2.4 Kriging模型
4.3 试验设计方法
4.3.1 中心组合设计
4.3.2 正交试验设计
4.3.3 均匀设计
4.4 基于KRIGIING近似技术的CO算法
4.4.1 近似技术的比较
4.4.2 算法基本思想
4.4.2.1 构造Kriging近似模型
4.4.2.2 算法的步骤和流程图
4.5 应用实例
4.5.1 典型函数优化问题
4.5.2 工程测试算例
4.6 本章小结
第5章 MDO可行解的评价方法
5.1 引言
5.2 MDO系统的特点
5.3 基于AHP的MDO子系统（学科）重要度的确定
5.4 满意解和满意度的定义
5.4.1 满意解与满意度的传统定义
5.4.2 满意解和满意度的定义
5.5 MDO系统可行解的满意度函数
5.5.1 定量指标的满意度函数
5.5.2 定性指标满意度函数
5.6 复杂系统MDO可行解的综合满意度的评价方法
5.6.1 综合满意度函数
5.6.2 理想解法
5.6.3 相对熵法
5.7 MDO可行解的评价方法
5.7.1 可行解的定义
5.7.2 MDO可行解的满意评价模型
5.7.3 MDO可行解的评价方法
5.8 应用实例
5.9 本章小结
结论
1.论文的主要工作
2.论文的主要创新点
3.研究工作的展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]混合驱动连杆机构的串行和并行设计[J]. 谢进,魏宏,阎开印,陈永. 机械工程学报. 2007(09)
[2]一种改进的协同优化过程研究[J]. 杨维维,赵勇,陈小前,姚雯. 系统工程与电子技术. 2007(09)
[3]机械运动方案评价中评价因素权重确定的模糊层次分析法[J]. 古莹奎,吴陆恒. 中国机械工程. 2007(09)
[4]基于多学科设计优化的深海空间站总体设计方法研究[J]. 操安喜,崔维成. 舰船科学技术. 2007(02)
[5]基于粒子群优化和协同优化的多学科设计优化研究[J]. 陈亚洲,高亮,周驰. 机械科学与技术. 2007(04)
[6]几种新型多学科设计优化算法及比较[J]. 刘克龙,姚卫星,余雄庆. 计算机集成制造系统. 2007(02)
[7]基于Agent模型的汽车车身多学科设计优化研究[J]. 孔凡国. 机械设计与研究. 2006(06)
[8]多学科优化设计及其在汽车设计中的应用[J]. 屈翔,游四海,贾秋红. 重庆工学院学报. 2006(11)
[9]一种处理多学科优化问题的通用和有效方法[J]. 王晓慧,夏人伟. 宇航学报. 2006(05)
[10]飞机总体协同优化中的一种混合混沌算法[J]. 周盛强,向锦武. 北京航空航天大学学报. 2006(08)
博士论文
[1]基于非线性科学理论的机构设计新方法的研究[D]. 谢进.西南交通大学 2006
[2]飞机设计的多学科优化方法研究[D]. 张科施.西北工业大学 2006
[3]面向飞航导弹的多学科稳健优化设计方法及应用[D]. 陈建江.华中科技大学 2004
硕士论文
[1]基于Kriging模型的球磨机齿轮传动可靠性优化设计[D]. 张利辉.吉林大学 2007
[2]铰接驱动式三自由度并联机器人运动学分析与优化[D]. 袁贺玲.吉林大学 2007
[3]铰接驱动式三自由度摇动装置动力学分析与控制[D]. 朱志磊.吉林大学 2007
[4]飞机多学科设计优化中的近似方法研究[D]. 张健.西北工业大学 2006
[5]着舰引导仿真转台单自由度控制系统研究[D]. 李冰.哈尔滨工程大学 2006
[6]平面铰链四杆机构的动力和控制设计[D]. 任毅.西南交通大学 2005
[7]平面机构结构和控制的并行设计[D]. 谢维.西南交通大学 2003
本文编号：3159301
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jixiegongcheng/3159301.html
