機械裝備系統(tǒng)的材料性質、工作應力條件、環(huán)境狀況等多種因素都會對結構的性能退化產(chǎn)生影響,內外因素的作用也存在著時變性、不確定性、復雜性、交互耦合性等特征。構建準確的時變高精度仿真模型來表征性能退化過程是深入了解裝備性能的重要方法,但隨之也暴露了模型復雜程度高,相關設計困難的問題。在結構設計伊始,充分考慮性能退化特征,這對于保障復雜的大型裝備系統(tǒng)長時間的可靠、安全、平穩(wěn)地運行具有重要意義。因此,需要結合有限的實驗數(shù)據(jù)抽取性能退化過程模型,并進行相關的時變可靠性序列優(yōu)化設計,在保證裝備必要性能條件下,僅在設計子域內進行最優(yōu)化設計,合理的降低結構尺寸和復雜程度,從而既遵循簡約經(jīng)濟的理念,又可提高優(yōu)化效率和模型準確程度。與此同時,本文將基于性能退化的兩種改進的序列優(yōu)化方法引入到航天器機構—諧波減速器的設計優(yōu)化中來,進一步地驗證了方法的可行性和高效性。本文的具體研究內容包括:(1)提出了集合模型確認和時變靈敏度分析的時變可靠性序列優(yōu)化策略。采用基于ANOVA(Analysis of Variance)的時變靈敏度分析方法,選取最為靈敏的參數(shù)做進一步的校核,提高了計算效率。結合實驗數(shù)據(jù),利用極大似然估計法進行進一步地進行模型確認;接著在設計子域內的確定性優(yōu)化中加入時變可靠性約束,利用基于PHI2+的穿越率法求解時變可靠度,充分考慮設計變量和設計參數(shù)的時變性和不確定性對可靠度求解的影響。(2)提出了基于B-distance模型驗證指標的時變可靠性序列優(yōu)化方法,再次拓展了序列優(yōu)化方法。相比極大似然估計,B-distance數(shù)值指標可以很好地量化模型驗證的準確程度;在計算B-distance指標時,利用核密度估計法來逼近模型極值概率密度曲線,同時利用改善的HLCDF法提高了B-distance指標計算效率。(3)構建了時變高精度諧波傳動效率仿真模型。選用Wiener過程來表征諧波傳動效率的退化改變量,并進行統(tǒng)計學上的建模。同時針對實際的運動機理,進行了基于物理的諧波傳動效率的建模。然后結合兩者優(yōu)點,構建了考慮多種環(huán)境因素和個體差異的綜合仿真模型,并對該仿真模型進行了初步分析。(4)兩種改進的序列優(yōu)化方法在諧波減速器柔輪的優(yōu)化設計上得到重要應用。從設計變量和校正參數(shù)的確定、目標函數(shù)的選取和約束條件的制定三個方面詳細闡述了諧波減速器優(yōu)化設計模型構建的過程。針對諧波減速器柔輪時變可靠性序列優(yōu)化設計這一問題,對比分析了兩種方法,驗證了基于極大似然估計的優(yōu)化方法和基于B-distance指標的優(yōu)化方法運算效率相仿,而后者模型確認透明度上更勝一籌。
【學位單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：V423
【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 選題背景和意義
    1.2 研究現(xiàn)狀
        1.2.1 性能退化過程研究現(xiàn)狀
        1.2.2 序列優(yōu)化方法研究現(xiàn)狀
    1.3 本文主要內容
    1.4 論文框架
第二章 基于極大似然估計的時變可靠性序列優(yōu)化
    2.1 引言
    2.2 序列優(yōu)化設計基本思想
    2.3 基于極大似然估計的時變可靠性序列優(yōu)化方法
        2.3.1 構建模型誤差函數(shù)
        2.3.2 選取靈敏參數(shù)
        2.3.3 參數(shù)校核和設計子域的估計
        2.3.4 時變可靠性分析和優(yōu)化設計
    2.4 基于極大似然估計的時變可靠性序列優(yōu)化流程
    2.5 本章小結
第三章 基于B-distance指標的時變可靠性序列優(yōu)化
    3.1 引言
    3.2 基于B-distance的時變序列優(yōu)化的基本理論
        3.2.1 B-distance模型驗證指標
        3.2.2 核密度估計
        3.2.3 B-distance指標求解
    3.3 基于B-distance的時變可靠性序列優(yōu)化流程
    3.4 本章小結
第四章 諧波傳動效率建模及其初步可靠性分析
    4.1 引言
    4.2 諧波減速器簡介
    4.3 諧波傳動效率建模
        4.3.1 基于Wiener過程的諧波傳動效率退化建模
        4.3.2 基于物理特性的諧波傳動效率建模
        4.3.3 考慮個體差異和實驗誤差的諧波傳動效率建模
    4.4 諧波傳動效率實驗和模型對比
    4.5 關于諧波減速器的時變可靠性分析
    4.6 本章小結
第五章 兩種序列優(yōu)化改進方法在諧波減速器優(yōu)化上的應用
    5.1 引言
    5.2 諧波減速器優(yōu)化設計模型的建立
        5.2.1 設計變量和校正參數(shù)的選擇
        5.2.2 目標函數(shù)的選取
        5.2.3 約束條件的制定
    5.3 兩種序列優(yōu)化改進方法在諧波減速器優(yōu)化上的應用
        5.3.1 基于極大似然估計的時變可靠性序列優(yōu)化的應用
        5.3.2 基于B-distance指標的時變序列優(yōu)化方法的應用
        5.3.3 兩種序列優(yōu)化改進方法的對比分析
    5.4 本章小結
第六章 總結與展望
    6.1 全文總結
    6.2 后續(xù)工作展望
致謝
參考文獻
附錄
攻讀碩士期間的研究成果

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