稳健优化设计

摘要： 弧齿锥齿轮应用领域十分广泛,研究弧齿锥齿轮的稳健优化设计技术,对提高弧齿锥齿轮的使用寿命,降低传动中的噪声具有重要意义。介绍了稳健优化设计的思想和方法;总结了国内外学者在弧齿锥齿轮稳健优化设计方面所做的研究;结合影响弧齿锥齿轮啮合性能的讨论,基于弧齿锥齿轮稳健优化设计研究分析,总结归纳出目前所面临的问题与不足,为我国航空弧齿锥齿轮的精准设计和减振降噪研究提供借鉴和参考。

摘要： 针对工程实际中零部件设计时的选材方法不固定,理论不完善等问题,提出了一种将预选材料的强度作为选材设计变量,以稳健优化设计为选材原则的新方法.基于可靠性四阶矩理论和灵敏度分析,建立目标对象的可靠性稳健优化模型,并利用数学计算软件MATLAB优化工具箱提供的fmincon函数对有约束优化问题进行求解,最终得出零部件可靠性保持在0.9999的情况下,稳健性得到增强的要求中给出最适合的设计材料.随后通过一个实例验证了本方法的可行性和有效性.

摘要： 合理调整制退机节制杆结构尺寸的变化范围,既可以调整火炮的最大后坐阻力和后坐长度,又能缩小它们的波动范围.为了达到上述目的,建立了能够充分考虑坡膛和膛线对炮膛合力影响的节制杆优化模型.提出了一种不仅可以给出设计变量公差带和优化目标变化范围,还能充分考虑设计变量在公差带内分布情况的现代稳健优化设计方法.最后通过某火炮制退机节制杆的稳健优化设计,实现了对上述方法的验证.

摘要： 现代电力电子变换器中,由功率元器件老化等机理导致的产品失效比例越来越高.在以往的功率变换器产品设计中,通过只考虑产品性能指标的初始质量(或合格率)受各种因素的影响,单纯注重出厂时刻的性能指标一致性与合格率,对产品使用过程的性能退化和使用寿命的一致性则很少关注.事实上,功率元器件是影响电力电子变换器使用寿命的核心因素,为此,提出了一种功率元器件使用寿命一致性稳健设计方法.针对功率元器件的退化分散性,建立基于退化失效时间准则的稳健优化设计模型,通过优化设计变量及其容差,改善产品在寿命周期内的寿命稳健性,降低功率变换器产品性能退化特性的敏感性,进而提高功率变换器全寿命周期的质量一致性.

摘要： 为了提高弹丸卡膛一致性,以减小弹丸卡膛起始点运动参数波动即提高输弹一致性,根据输弹机工作原理和输弹实验,归纳了输弹系统中的随机参数.基于ADAMS软件建立了考虑参数随机性的某输弹机输弹过程动力学模型.以弹丸卡膛起始点运动参数标准差最小为目标,以卡膛速度下界达到3 m/s为约束,建立了面向输弹一致性的输弹机稳健优化模型.采用全局和梯度组合优化算法以及描述抽样,提高了优化计算效率.数值算例结果表明,优化后输弹机卡膛速度满足要求,输弹机的输弹一致性得到提高,验证了所提方法的有效性.

摘要： 提出一种基于重要性测度的降维预处理优化方法,对不确定环境下飞机局部液压管路系统的稳健性优化问题展开研究.引入区间模型描述随机变量分布参数(即设计变量)的不确定性,引入基于方差的重要性测度衡量设计变量对优化目标的贡献程度,从而筛选出对优化目标影响较大的设计变量,简化优化模型.该方法可以有效降低优化问题的维数,进而减少优化的计算成本.通过数值算例验证了所提方法的合理性和可行性,并采用该方法对飞机局部液压管路系统进行了稳健性优化设计.

摘要： 柔顺复杂精密产品早期质量设计阶段、设计参数模糊不确定性情形下,为了解决多质量特性之间关联冲突的稳健设计难题,在田口方法的基础上,结合灰色关联分析法和模糊理论,提出一种灰色模糊田口方法多质量特性稳健优化设计方法.基于正交试验设计和有限元数值模拟方法分别获取多质量特性信噪比值;在此基础上结合灰色关联分析法分别将多质量特性信噪比值转化为灰色关联系数,通过引入模糊推理系统将多质量特性灰色关联系数转换为多质量特性指标来处理早期设计阶段的设计参数模糊不确定性难题;通过算例验证了所提方法的有效性.

摘要： 为了解决精密工程、航空航天、微机电系统领域复杂装备精密产品在设计参数不确定性情形下,其性能质量波动、优化求解效率低下的工程难题,提出一种基于多项式混沌扩展的6σ稳健优化设计新方法.首先,基于随机响应面法和有限元数值模拟方法,构建了复杂装备精密产品目标响应和约束响应的多项式混沌扩展代理模型;其次,在此基础上结合6σ稳健优化设计方法,建立了复杂装备精密产品多项式混沌扩展6σ稳健优化设计模型,并采用NSGA-Ⅱ算法对模型进行求解;最后通过算例验证了所提方法的有效性.%To solve quality variation and low optimization efficiency of difficult engineering problems of complicated equipment products which under random uncertain conditions in precision engineering,aerospace,micro-electromechanical systems,the new method combined with polynomial chaos expansion theory and six sigma robust optimization designs was presented.Based on stochastic response surface and finite element method,the polynomial chaos extension surrogate model for target response and constraint response of complex equipment products was established.A polynomial chaos extension six sigma robust optimization design model was built on this basis,and NSGAⅡ algorithm was utilized to solve the model.The numerical results showed the effectiveness of the proposed method.

摘要： 为了解决柔顺复杂装备精密产品在不确定性结构参数情形下,其多质量特性波动与冲突的工程难题,提出一种灰色关联多项式混沌扩展(grey-polynomial chaos expansion,Grey-PCE)稳健优化设计新方法来解决这一工程难题.该方法基于多项式混沌扩展方法,建立柔顺复杂装备精密产品多质量特性代理模型;在此基础上,采用6σ稳健优化设计建模方法,构建了柔顺复杂装备精密产品多质量特性PCE稳健优化设计模型,通过NSGA-Ⅱ算法获得多质量特性解集;并采用接近度灰色关联分析法对多质量特性解集排序分析,获取了最佳稳健设计方案;最后,柔顺复杂装备精密产品算例验证了所提出方法的有效性和稳健性.%To deal with the multi-quality characteristics variation and conflict of the complex equipment products of compliant mechanism under the uncertain engineering conditions,a novel grey-polynomial chaos expansion (PCE) robust optimization design method is proposed which combines the grey relational analysis approach with the PCE robust optimization design approach.Firstly,the PCE approach is adopted to construct multi-quality characteristics surrogate models of the complex equipment products.Then,the PCE six sigma robust optimization design model of the complex equipment products is built by using six sigma robust design method.The solutions set of multi-quality characteristics is acquired from the NSGA-Ⅱ algorithm.Afterward,the grey relational analysis approach is adopt to sequential analyze the solutions set for obtaining the most satisfactory robustness design.Finally,the numerical example of the complex equipment products is provided to illustrate the effectiveness and robustness of the proposed method.

摘要： 由于传统的多学科优化设计是基于确定性的优化设计方法，只考虑了学科间的相互作用、耦合关系，而没有考虑系统本身的不确定因素对性能的影响。而多学科优化设计不仅要使结构的性能达到最优，而且性能的偏差也要最小。本文将稳健优化设计方法与多学科协同优化算法相结合，并引入了不确定因素的区间分析方法，建立了多学科非概率稳健优化设计的算法框架。在协同优化的学科级优化中引入了稳健优化设计的方法，同时采用了基于均匀试验设计的响应面近似分析技术，大大降低了计算量，提高了协同优化的收敛速度。通过对跨音速机翼气动结构多学科稳健优化设计算例的计算，验证了本文提出方法的能有效地提高设计解的稳健性，对于工程实践有一定的指导意义。

摘要： 在优化设计中主要存在设计变量的初值选取,设计变量的随机波动和外来干扰造成的可靠性和稳健性问题。将可靠性优化设计理论与可靠性灵敏度分析方法相结合,应用可靠性稳健设计优化理论方法,对航行器楔环联接结构进行了可靠性稳健优化设计.给出了计算分析结果。为工程实际的机械产品的可靠性稳健优化设计提供了理论依据。

摘要： 隐身结构是指由蒙皮和多种内部材料组成的、能满足承载要求、并具有明显降低雷达散射截面(RCS)的结构.本文首先阐述了一种典型的翼面隐身结构方案.为了进一步挖掘该隐身结构减缩RCS的潜力和考虑到实际情况中作为设计变量的吸波材料、玻璃钢电磁参数以及内部几何形状会有一定偏差,应用基于代理模型的优化策略,对其进行电磁散射特性稳健优化设计.研究结果表明,经过优化设计后,能显著降低翼面隐身结构RCS及其对设计变量的敏感性.

摘要： 本发明公开了一种基于随机场模型的材料不确定性结构稳健性拓扑优化设计方法，该方法将材料随机场模型与确定性拓扑优化模型结合，建立考虑弹性模量随机场的拓扑优化模型，再采用SIMP法进行稳健性拓扑优化得到稳健性设计结构。本发明考虑了具有空间分散特征的不确定性参数对拓扑优化的影响，采用蒙特卡罗法描述不确定性参数条件下结构的随机响应，并开发了非侵入式随机有限元方法将不确定性参数随机场的模拟与确定性有限元分析分别独立进行，便于修改模型数据以及利用Fortran程序进行有限元分析的批量计算，提高了计算效率且计算精度较高。

摘要： 本发明提供了一种超材料隔振器的序贯稳健性优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤，步骤1：获得高精度分析模型和两个不可分层级的低精度分析模型；并获取初始高精度设计样本点与初始低精度设计样本点；步骤2：通过高精度分析模型和两个低精度分析模型分别获得对应设计样本点处的响应；步骤3：构建变可信度近似模型；步骤4：最大化目标函数和约束条件协同更新准则进行稳健性优化；步骤5：判断稳健性优化设计过程是否收敛；若收敛则执行步骤6，若不收敛则更新样本点集合，并跳转至步骤2，重复步骤2—5；步骤6：输出超材料隔振器稳健性优化问题的最优解。

摘要： 本发明提供了一种超材料隔振器的序贯稳健性优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤，步骤1：获得高精度分析模型和两个不可分层级的低精度分析模型；并获取初始高精度设计样本点与初始低精度设计样本点；步骤2：通过高精度分析模型和两个低精度分析模型分别获得对应设计样本点处的响应；步骤3：构建变可信度近似模型；步骤4：最大化目标函数和约束条件协同更新准则进行稳健性优化；步骤5：判断稳健性优化设计过程是否收敛；若收敛则执行步骤6，若不收敛则更新样本点集合，并跳转至步骤2，重复步骤2—5；步骤6：输出超材料隔振器稳健性优化问题的最优解。

摘要： 本发明公开了一种抗滑桩加固堆积层滑坡稳健性优化设计的方法，其特征在于，其包括以下步骤：定义抗滑桩加固堆积层滑坡系统，并将其输入参数划分为设计参数和噪声因素；建立抗滑桩的设计空间；量化噪声因素的不确定性；计算满足安全性要求的所有可行设计的稳健性指标和工程造价；获取优化设计和最优设计。本发明基于岩土工程稳健性设计原理，将影响土石混合体力学参数的因素视为噪声因素，通过调整抗滑桩的设计参数，使得抗滑桩加固堆积层滑坡整体安全系数对噪声因素的变化不敏感，同时又满足安全性要求和经济性要求。

摘要： 本发明涉及一种车内噪声稳健性优化设计方法和存储介质，车内噪声稳健性优化设计方法包括以下步骤：确定稳健性优化设计相关参数，搭建内饰车身和声腔有限元模型，车内噪声有限元仿真分析，板件贡献量分析，试验设计，构建双响应面代理模型，搭建车内噪声稳健性优化设计数学模型，稳健性优化，选取最优解。存储介质存储有一个或多个计算机可读程序，一个或多个所述计算机可读程序被一个或多个控制器调用执行时，能实现车内噪声稳健性优化设计方法的步骤。本发明减轻或消除了优化迭代时间长和研发后期设计变更的风险大的问题。

摘要： 本发明涉及一种光伏电池的稳健性优化设计方法，首先建立确定性优化模型，运用蒙特卡洛法求解确定性优化模型，得到优化目标最大输出功率值及其对应的设计变量值，再将确定性优化得到的设计变量值作为稳健优化设计变量均值的初始点，再用蒙特卡洛法求解稳健优化模型，得到设计变量均值，根据求得的设计变量均值选取光伏构件对应合适的材料和制作工艺，实现光伏电池的稳健优化设计。本发明提高了光伏电池输出的稳定性和可靠性。

摘要： 本发明公开一种热风再流焊工艺的稳健优化设计方法，首先通过建立精确的再流焊工艺温度场仿真模型，再通过确定目标以及约束条件，建立各噪声因素和设计变量对目标以及约束条件的灵敏度分析方法，筛选对加热因子影响较显著的噪声因素以及设计变量。接着通过对新的设计变量、噪声因素抽样重新获得样本点，构建预测目标函数以及约束函数的代理模型；采用基于响应面优化，获取最优方案确定解，验证代理模型构建的响应面的精度，对最优解进行稳健性评估；最后获取最稳健解，对最稳健解带入原仿真模型进行可靠性分析，验证稳健性，进而能够根据稳健性目标值进行工艺参数优化设计以保障工艺结果具有稳健性。

摘要： 本发明提供一种考虑几何不确定因素的翼型稳健气动优化设计方法，包括：对基准翼型进行确定性优化，得到确定性优化翼型；选取稳健优化设计空间；利用样本集，建立Kriging代理模型组；利用稳健加点方法寻找Kriging代理模型组上的稳健最优点和用于改善Kriging代理模型组精度的改善精度样本点；更新样本集；如果不符合终止条件，则利用更新后的样本集重建Kriging代理模型组进行优化求解，直到符合稳健优化终止条件后结束。使用本发明设计出的稳健优化翼型，在具有良好气动性能的同时，对加工误差等几何不确定因素不敏感，稳健性高，具有更强的工程实用性。本发明在降低计算成本的同时保证优化质量。

摘要： 本发明公开了一种复合材料支撑结构拓扑与材料协同稳健优化设计方法。包括以下步骤：考虑复合材料支撑结构制造服役中的不确定性，将样本不充分的外载和样本充足的基体材料属性分别描述为区间变量和有界概率变量；对设计域、颗粒增强相体积分布离散化并作为两组设计变量，设置物理与几何约束，建立拓扑与材料协同稳健优化模型。利用移动渐近线法求解：解耦概率区间不确定性，利用目标性能的梯度确定最差工况；通过单变量分解法与拉盖尔积分估计最差工况下目标性能的均值及标准差以构造目标函数；最后计算目标与约束函数对设计变量的梯度用于迭代。本发明建立的优化模型真实反映支撑结构多源不确定性的分布特性，求解高效，具有很好的工程应用价值。

摘要： 本发明公开了一种基于主动学习代理模型的结构可靠性稳健优化设计方法，包括以下步骤：S1、筛选关键设计参数；S2、获取候选样本点集S和初始训练集I；S3、拟合总质量和最大应力的代理模型；S4、计算I中样本点的可靠性灵敏度，得出BP神经网络训练和测试的样本点；S5、构建MPA‑BP神经网络并判断是否满足要求，若是则保存；否则利用主动学习函数从S中选取新样本点添加至I中；S6、将MPA‑BP输出的可靠性灵敏度和机械结构的总质量作为优化目标，构建可靠性稳健优化设计模型并求解。本发明通过自适应加点策略，构建主动学习函数更新样本点，构建可靠性稳健优化设计模型，最终得到更为精确的可靠性稳健优化方案。