收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

不确定条件下可靠性方法研究及其在汽车结构设计中的应用

苏海亮  
【摘要】:随着工业技术发展、结构日趋复杂化,汽车结构可靠性与安全性问题,在工程结构设计中越来越占有重要地位。由于实际工程结构承载的环境极其恶劣,各种不确定性普遍存在于设计参数中,使得结构频繁出现故障,引起灾难性事故,良好的可靠性设计能够避免这些事故的发生,保障结构设计应有的性能特征。结构可靠性分析及优化设计是基于不确定变量下以结构可靠性作为目标函数或约束条件,求解最优设计变量的方法。该方法比传统的结构设计方法能够获得更好的结构特性与经济效益,具有重要研究价值与工程意义。高昂的仿真计算成本使得精确且有效的可靠性分析与设计优化成为迫切需要解决的问题,特别对存在多维变量且非线性的情况下,进行可靠性研究仍然存在效率与精度上的不足。本文对结构可靠性分析及其优化设计方法以及拓扑优化进行了系统研究,提出了基于数据驱动的汽车可靠性设计流程框架、基于改进下山单纯形算法插值响应面算法的结构系统概率可靠性分析模型、基于局部有效性约束下的近似模型可靠性优化设计方法、基于Chebyshev多项式的非概率可靠性拓扑优化模型、基于概率-非概率混合变量的可靠性优化设计模型在汽车结构中的应用。主要研究内容及结论如下:1)针对汽车结构被动安全系统缺乏可靠性设计问题,提出了基于数据驱动的汽车结构参数不确定性可靠性优化设计流程。基于当前结构系统可靠性理论知识,分析了不确定性概率模型、非概率模型的基本理论,梳理了随机性、区间性运算基本规则。为了结合汽车实际工程应用,给出了可靠度分析方法、可靠性优化设计方法以及结合有限元运算的代理模型可靠性优化设计算法,并通过描述总结了当前可靠性分析及优化设计存在的缺陷,引入了汽车结构考虑不确定性的分析方法与优化设计流程,并对所提的设计流程进行了深入探讨与分析,为实际工程提供一种可靠性设计流程框架。2)提出了结合自适应移动实验点策略和响应面法(RSM)的混合方法,使用下山单纯形算法描述一种新的响应面法用于高效地评估结构可靠度。由于计算效率较高,响应面法已被广泛用于结构可靠性分析中。然而,由初始实验点组成的响应面函数很少能够完全适合极限状态函数,从而导致了不正确的设计点。对于高度非线性的极限状态函数,由于可靠性失效概率的近似精度主要取决于设计点,致使传统RSM评估可靠性出现误差。基于效率与精度之间的平衡问题,本文提出了改进策略。其原理主要是通过改变基本下山单纯形算法的搜索策略,并将改进的下山单纯形算法所具有的直接搜索优势与响应面可靠性分析机制相结合,重建了RSM近似模型。通过实例分析表明,对于修改的RSM全局优化算法具有良好的收敛能力与高计算精度。3)针对近似模型在结构可靠性优化设计中存在精度问题,提出了基于代理模型的局部有效约束可靠性优化设计方法。代理模型方法由于低成本的计算过程已广泛用于考虑不确定条件下的结构可靠性优化设计中,该方法的主要局限性在于难以量化由代理模型近似引起的误差,导致可靠性评估的优化结果不准确。通过分析输出响应存在不确定性的根源问题,以提升工程中不确定性性能为目标,识别重要性区域与可行性区域,引入局部高效性思想,用以解决可靠性优化设计问题。为了提高算法的效率,在搜索迭代过程引入约束有效性,避免概率约束出现无效时在设计优化进程中重复调用。最终以汽车实例论证表明,所提方法能够有效的解决工程应用问题。4)针对结构拓扑优化设计变量存在的不确定性,基于多椭球凸模型的非概率可靠性量化结构参数的变化,提出了存在不确定但有界的参数连续体结构拓扑优化设计方法。考虑材料特性以及载荷大小均为不确定性条件下,应用区间Chebyshev零点多项式逼近归一化随机变量的真实极限状态函数,并利用单环可靠性算法计算相应目标可靠性指标下的最佳设计点值,从而使得非概率可靠性优化问题可以转化为确定性优化问题。算例优化结果表明,与确定性的结构拓扑优化设计比较,考虑变量具有随机性的可靠性拓扑优化能够获得更加可靠的拓扑结构。5)针对汽车结构碰撞安全系统的轻量化设计问题,提出了基于考虑随机-非概率混合变量条件下的汽车碰撞安全-轻量化可靠性优化设计方法。不确定性参数普遍存在于汽车结构设计中,汽车结构的碰撞安全性、可靠性是汽车安全设计的重要环节之一,因此,考虑不确定性的结构设计是汽车性能设计研究的必然性。当变量存在部分可知分布特征与部分不完全可知信息时,此时有必要考虑混合变量模式的不确定性模型。通过Chebyshev采样分布,引入均匀性采样优化样本点。在对高度非线性的汽车碰撞进行仿真模型分析基础上,以车身重要零部件为研究对象进行轻量化设计,获取可靠性约束下碰撞安全性能良好的优化设计方案。最终结果表明,优化后的关键零部件总质量减轻了13.44%,并且可靠性约束也满足了给定的可靠度指标,实现了碰撞安全可靠性与结构轻量化均衡设计。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 范松;姜潮;张哲;刘杰;;一种基于证据理论的结构可靠性优化设计方法[J];中国科学:技术科学;2016年07期
2 陈江义;文尉超;;基于响应面的结构非概率可靠性优化设计[J];机械设计与制造;2016年11期
3 孙淑霞,田芳,顾宏民;齿轮传动的可靠性优化设计[J];机械设计与制造;2001年05期
4 李国臣;;机械工程的可靠性优化设计研究[J];科技创新与应用;2017年31期
5 吕世增;韩潇;祁妍;;大型空间环境模拟设备真空容器可靠性优化设计[J];真空科学与技术学报;2016年01期
6 魏宗平;;基于非概率模型压杆稳定的可靠性优化设计[J];煤矿机械;2008年07期
7 潘公宇,高宗英,卫修敬;汽车传动轴的可靠性优化设计[J];机械制造;1997年01期
8 林国湘;;机械零件的模糊可靠性优化设计[J];机械设计与制造;1993年02期
9 芦博;;机械设计制造中可靠性优化设计分析[J];内燃机与配件;2021年05期
10 顾士林;;机械工程的可靠性优化设计分析[J];内燃机与配件;2019年24期
11 张驰;钟硕;刘策;;机械工程的可靠性优化设计探讨[J];数字通信世界;2020年05期
12 裴景波;;机械可靠性优化设计的应用分析[J];河北农机;2017年01期
13 张婷婷;;浅谈机械工程的可靠性优化设计[J];科技创新与应用;2017年08期
14 郭宏鹏;;机械工程的可靠性优化设计探讨[J];建材与装饰;2017年08期
15 李秀丽;;有关机械工程可靠性优化设计的探讨[J];建材与装饰;2017年15期
16 孙华岩;;机械工程产品可靠性优化设计要点分析[J];中国新技术新产品;2017年15期
17 陆勇;;关于机械工程的可靠性优化设计[J];经贸实践;2016年23期
18 刘杰辉;要清波;;料仓下料口的可靠性优化设计[J];煤炭技术;2015年02期
19 吴小飞;;探讨机械工程的可靠性优化设计[J];南方农机;2015年02期
20 袁向东;;浅谈机械工程的可靠性优化设计[J];科技风;2015年21期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 王磊;熊闯;;基于序贯思想的多学科可靠性优化设计[A];2018年全国固体力学学术会议摘要集(上)[C];2018年
2 方腾;姜潮;张旺;;一种考虑参数相关性的结构可靠性优化设计方法[A];中国力学大会-2015论文摘要集[C];2015年
3 陈连;王元文;;压力容器的可靠性优化设计[A];第五届全国压力容器学术会议论文集[C];2001年
4 朱作;易平;;基于自适应步长法的可靠性优化设计[A];中国力学大会-2015论文摘要集[C];2015年
5 赵刚;;基于模糊数学的可靠性优化设计研究[A];2007'中国仪器仪表与测控技术交流大会论文集(二)[C];2007年
6 毛跃辉;;空调用微动开关结构与可靠性优化设计[A];2011年中国家用电器技术大会论文集[C];2011年
7 吉国明;宋笔锋;;基于可靠性结构优化设计的概念和方法[A];陕西省航空装备制造技术发展——第九届陕西省青年科学家论坛论文集[C];2006年
8 王睿星;王晓军;;基于SORA的非概率多学科可靠性优化设计[A];中国力学大会-2015论文摘要集[C];2015年
9 张文信;肖启敏;;飞机转换活门弹簧的模糊可靠性优化设计[A];面向制造业的自动化与信息化技术创新设计的基础技术——2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C];2001年
10 邢晓林;;有概率约束矩形截面压力容器可靠性优化设计[A];2009年石油装备学术研讨会论文专辑[C];2009年
11 许铁生;李慧;;钢筋砼框架结构的系统可靠性优化设计[A];第四届全国结构工程学术会议论文集(下)[C];1995年
12 冯虎田;施祖康;殷爱华;韩军;;基于MAX-PR系统动作可靠性优化设计[A];面向制造业的自动化与信息化技术创新设计的基础技术——2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C];2001年
13 李常有;张义民;乔长帅;;机车牵引杆可靠性优化设计[A];2014年全国机械行业可靠性技术学术交流会暨可靠性工程分会第五届委员会成立大会论文集[C];2014年
14 邱志平;张磊;王晓军;;基于并行子空间方法的多学科非概率可靠性优化设计方法[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
15 颜伏伍;王洪建;田韶鹏;袁智军;;基于NSGA-Ⅱ的变速器齿轮系多目标可靠性优化设计[A];湖北省内燃机学会2009年学术年会论文集[C];2009年
16 张颖;张洪洲;;基于GA的2终端RCN可靠性优化设计[A];中国通信学会通信建设工程技术委员会2010年年会论文集[C];2010年
17 修仁强;张小虎;刘宇;黄洪钟;;多层次复杂系统设计中代理模型的不确定性量化[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年
18 聂晗;宋文萍;韩忠华;涂国华;陈坚强;;基于代理模型的翼型边界层稳定性分析和转捩预测方法[A];第十一届全国流体力学学术会议论文摘要集[C];2020年
19 章超;刘骁;陈江涛;吴晓军;;烧蚀热响应问题的参数不确定度量化和校准方法研究[A];第十一届全国流体力学学术会议论文摘要集[C];2020年
20 张娟;尹俊平;王瑞利;;数据驱动的时间相关代理模型构建方法及其在爆轰产物参数标定中的应用[A];第十届全国青年计算物理学术会议摘要集[C];2019年
中国博士学位论文全文数据库 前20条
1 苏海亮;不确定条件下可靠性方法研究及其在汽车结构设计中的应用[D];华南理工大学;2020年
2 张宇;基于稳健与可靠性优化设计的轿车车身轻量化研究[D];上海交通大学;2009年
3 张小玲;复杂系统的目标层解分析法及时变可靠性优化设计研究[D];电子科技大学;2012年
4 何盼;面向可靠性优化设计的分布式系统资源分配研究[D];重庆大学;2012年
5 汪忠来;基于模型的不确定性优化设计方法研究[D];电子科技大学;2009年
6 吕志明;基于多代理模型的群智能优化算法研究[D];大连理工大学;2019年
7 黎旭;代理模型技术及其在飞行器可靠性优化中的应用研究[D];西北工业大学;2018年
8 易永胜;基于协同近似和集合策略的多学科设计优化方法研究[D];华中科技大学;2019年
9 叶鹏程;代理模型技术研究及其在水下滑翔机外形设计中的应用[D];西北工业大学;2017年
10 梁国贺;时空全域代理模型及大坝参数反演应用[D];清华大学;2017年
11 王一妹;风电场尾流场与功率多精度模拟方法研究[D];华北电力大学(北京);2018年
12 李超;面向典型动力学问题的稀疏回归不确定性区间算法研究[D];大连理工大学;2018年
13 赵紫岩;基于DOE和代理模型的结构优化设计方法及应用研究[D];西安建筑科技大学;2017年
14 王新晶;代理模型自适应采样及辅助进化算法研究[D];西北工业大学;2019年
15 张剑;基于代理模型技术的高速列车性能参数设计及优化[D];西南交通大学;2015年
16 胡太彬;随机结构动力分析与动力可靠性优化设计[D];西安电子科技大学;2005年
17 王明杰;基于代理模型的声振耦合系统不确定分析与优化方法研究[D];华中科技大学;2017年
18 武晓莉;基于次可加测度的代理模型及应用[D];天津大学;2014年
19 张勇;基于近似模型的汽车轻量化优化设计方法[D];湖南大学;2009年
20 刘仁云;基于计算智能技术的结构可靠性优化设计研究[D];吉林大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 王利敏;聚类分析和代理模型在多学科可靠性优化设计中应用研究[D];桂林理工大学;2017年
2 高剑武;基于多工况的汽车前端结构优化设计研究[D];合肥工业大学;2019年
3 胡新明;艏侧推器激励下艏部结构振动响应特性研究与可靠性优化设计[D];上海交通大学;2017年
4 李傲;夹芯管车门防撞梁可靠性优化设计[D];合肥工业大学;2018年
5 宋娜娜;基于稳健可靠性的定值器结构优化设计[D];天津科技大学;2017年
6 梁校嘉;基于代理模型的可靠性优化设计应用[D];大连交通大学;2018年
7 黄双云;基于飞蛾火焰算法的桥式起重机主梁可靠性优化设计[D];太原科技大学;2018年
8 徐宇豪;Kriging模型在可靠性及可靠性优化设计中的应用研究[D];东北大学;2017年
9 杜习超;桥式起重机结构可靠性优化设计研究[D];郑州大学;2018年
10 王建业;基于解耦技术的结构可靠性优化设计[D];沈阳航空航天大学;2018年
11 阎京妮;基于证据理论的多学科可靠性优化设计方法[D];湖南大学;2013年
12 李刚;太阳翼驱动机构中谐波齿轮减速器的可靠性优化设计[D];电子科技大学;2013年
13 李树平;机械零部件的模糊可靠性优化设计[D];西安理工大学;2008年
14 夏威;基于稳健设计喷气织机关键零部件可靠性优化设计研究[D];苏州大学;2007年
15 周峰;机械稳健可靠性优化设计[D];太原科技大学;2011年
16 马晓芳;二级斜齿圆柱齿轮减速器的模糊可靠性优化设计[D];太原科技大学;2014年
17 张楠;网络K终端可靠性优化设计问题的研究[D];华东理工大学;2014年
18 巩萃颖;基于改进代理模型航天器结构可靠性优化设计[D];大连理工大学;2017年
19 丁晨辉;基于概率-区间混合模型的汽车耐撞性结构可靠性优化设计[D];长沙理工大学;2019年
20 朱忠华;遗传算法在结构可靠性优化设计中的运用研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
中国重要报纸全文数据库 前20条
1 西南财经大学经济学院 韩文龙;不断发展和创新理论假设[N];中国社会科学报;2017年
2 伍振 张新 张蔚;战略引领企业驶上发展快车道[N];中国建材报;2011年
3 本报记者 孔丽频;汽车结构保障让消费者更安全[N];中国改革报;2008年
4 陈颐;未来钢铁汽车结构和造型[N];经济日报;2008年
5 记者 孟祥林 通讯员 高飞;攀钢成功试制超薄规格热轧汽车结构用钢[N];中国冶金报;2016年
6 本报记者 骆轶琪;不确定性笼罩下的手机行业:供应短缺恐延续到2021年末,5G切换需时日[N];21世纪经济报道;2021年
7 记者 黄廉捷;要在不确定性中求发展[N];中山日报;2021年
8 本报记者 王俊美;推动非洲研究更好应对不确定性[N];中国社会科学报;2021年
9 王思雅;钢铁行业明年仍存不确定性[N];经济参考报;2020年
10 付一鸣;瑞典经济多重不确定性难消[N];经济参考报;2020年
11 华东师范大学社会发展学院、上海市习近平新时代中国特色社会主义思想研究中心 文军;发展的不确定性及其应对[N];中国社会科学报;2020年
12 深圳商报、读创财经评论员 王亚杰;怎样应对市场的不确定性?[N];深圳商报;2021年
13 刘亚南;美元弱势预期仍存不确定性[N];经济参考报;2021年
14 中国建材企业管理协会秘书长 张思丰;“不确定性”考验我们什么?[N];中国建材报;2021年
15 特约记者 石峰;如何在不确定性中寻求未来[N];社会科学报;2021年
16 记者 杨承霖 许缘;经贸不确定性对美金融市场和企业负面影响继续发酵[N];新华每日电讯;2019年
17 瑞银投资研究部亚洲经济研究主管、首席中国经济学家 汪涛;今年最大不确定性来自新冠疫情[N];华夏时报;2021年
18 王一鸣;构建高韧性社会 应对不确定性挑战[N];中国证券报;2021年
19 朱海就 浙江工商大学教授;两种不确定性的区分[N];深圳特区报;2021年
20 本报驻伦敦记者 赵媛;脱欧后英欧关系仍存在不确定性[N];中国社会科学报;2019年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978