【摘要】：目前,絕大部分復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)仍然采用安全系數(shù)法等簡(jiǎn)化的規(guī)則和策略。設(shè)計(jì)通常基于工程評(píng)價(jià)和經(jīng)驗(yàn)而過(guò)于保守,無(wú)法直接考慮大部分輸入?yún)?shù)的隨機(jī)特性。隨著現(xiàn)代工程產(chǎn)品對(duì)關(guān)鍵和復(fù)雜設(shè)計(jì)需求的增加,越來(lái)越需要能夠?qū)V泛存在于計(jì)算模型、載荷、幾何、材料性能、加工過(guò)程以及使用環(huán)境中的不確定性進(jìn)行精確評(píng)估的計(jì)算方法。眾所周知,不確定性評(píng)估及設(shè)計(jì)優(yōu)化是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最為關(guān)心的兩個(gè)方面。因而,一方面,本文將考慮采用可以同時(shí)處理連續(xù)及離散變量的子集模擬優(yōu)化方法解決桁架結(jié)構(gòu)混合尺寸和形狀設(shè)計(jì)優(yōu)化問(wèn)題,并通過(guò)15桿平面桁架、18桿平面桁架、一個(gè)39桿空間桁架和一個(gè)無(wú)人飛行器的桁架式起落架四個(gè)算例展示其搜索性能。另一方面,本文將關(guān)注在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中能夠?qū)⒏怕逝c優(yōu)化整合到一個(gè)設(shè)計(jì)框架內(nèi)的可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化問(wèn)題,采用整合廣義子集模擬方法的后處理近似方法近似概率約束條件,從而將原始兩層問(wèn)題轉(zhuǎn)化為單層確定性?xún)?yōu)化問(wèn)題求解,并由三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)算例驗(yàn)證該方法的特性。基于上述各類(lèi)方法,本文將關(guān)注不確定性分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化在可重復(fù)使用運(yùn)載器概念設(shè)計(jì)階段非燒蝕熱防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。采用廣義子集模擬方法以及空間分割蒙特卡洛全局靈敏度分析方法進(jìn)行熱防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不確定性分析。該不確定性分析過(guò)程主要包括不確定性及失效模式定義、失效概率評(píng)估、基于方差的一階全局靈敏度計(jì)算以及基于靈敏度指標(biāo)的模型簡(jiǎn)化過(guò)程等。首先,通過(guò)一種熱防護(hù)系統(tǒng)材料(疊層)選取方案和基于序列二次規(guī)劃優(yōu)化方法的熱防護(hù)系統(tǒng)尺寸設(shè)計(jì)給出一系列名義值。這些名義值包括許用溫度極限和熱防護(hù)系統(tǒng)(疊層)材料厚度,它們均為其中一些不確定性輸入變量的分布參數(shù)。其次,在構(gòu)造失效模式時(shí)采用多輸入-多輸出支持向量機(jī)模型近似熱響應(yīng),從而大大降低計(jì)算量。再次,通過(guò)兩個(gè)應(yīng)用算例(一個(gè)升力體模型以及一個(gè)航天飛機(jī)模型)展示該不確定性分析方法的性能及操作過(guò)程。然后,也將兩個(gè)算例不確定性分析計(jì)算結(jié)果中失效概率較大的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化。最后,采用子集模擬優(yōu)化方法求解同時(shí)考慮熱防護(hù)系統(tǒng)材料選取和熱防護(hù)系統(tǒng)尺寸設(shè)計(jì)的優(yōu)化問(wèn)題。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：V414.19;V445.1
【圖文】：

同時(shí)，他們也指出：線性近似方法在處理很多問(wèn)題時(shí)會(huì)出題。Engelund 和 Rackwitz[13]選用一系列評(píng)估判據(jù)，通過(guò)可靠度分析最廣泛的的重要抽樣方法，并嚴(yán)格根據(jù)算例結(jié)果給出這些方法的優(yōu) Pradlwarter[14]構(gòu)建了堤壩模型、杜芬激振器模型以及五層剪切梁模型可靠度問(wèn)題。它們涵蓋了實(shí)際工程應(yīng)用中倍受重視的且材料屬性及載非線性系統(tǒng)。通過(guò)比較現(xiàn)有各類(lèi)可靠性分析方法處理這些問(wèn)題的 Pradlwarter 總結(jié)了各類(lèi)方法處理高維可靠性問(wèn)題的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)，為要依據(jù)，同時(shí)也給未來(lái)可靠性工程領(lǐng)域的新方法及新技術(shù)的提出和發(fā)ller 和 Pradlwarter[14]還指出：各類(lèi)方法目前仍然無(wú)法兼顧高效性和適用法更重視計(jì)算效率而較為忽視方法本身的普遍適用性。因此，他們建更強(qiáng)的新方法的研究。新方法不僅具有高效率，同時(shí)又能像處理線性對(duì)各種需研究區(qū)域的搜索和探究。分析方法的體系逐步在這些研究工作的基礎(chǔ)上構(gòu)建起來(lái)。該體系涵蓋1.1 所示。下面將重點(diǎn)介紹三類(lèi)方法。

護(hù)系統(tǒng)不確定性分析方法通常在一定程度上局限性較大，它動(dòng)加熱預(yù)測(cè)和熱防護(hù)系統(tǒng)尺寸評(píng)估中各元素指定不確定性中，研究者們[161-163]進(jìn)行了一些較為嚴(yán)格的不確定性評(píng)估的無(wú)法處理更為常見(jiàn)也亟待解決的非線性、多變量分析問(wèn)題析的傳統(tǒng)方法主要包括兩種，一種為最壞情形堆疊法（Sta根值法（Root-Sum-Square, RSS）[164,165]（見(jiàn)圖 1.2）。最壞的基礎(chǔ)上進(jìn)行所需厚度裕度的計(jì)算，它往往過(guò)于保守。平方性計(jì)算獲得的總厚度裕度與名義工程環(huán)境的材料響應(yīng)模型的平方和根植作為所需的厚度裕度，而最終熱防護(hù)系統(tǒng)厚度安全系數(shù)，該方法往往只適用于一些線性誤差較小的問(wèn)題關(guān)于安全系數(shù)如何選取的統(tǒng)一規(guī)范以及附加厚度對(duì)過(guò)熱失效的是：如果不能正確評(píng)估潛在的各類(lèi)不確定性分量，上述兩著空天技術(shù)不斷發(fā)展和任務(wù)要求日益提高，采用足夠大的籠統(tǒng)地考慮在內(nèi)而不進(jìn)行精確分析的設(shè)計(jì)思路已越來(lái)越無(wú)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2726544