基于證據(jù)理論的機(jī)械可靠性分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)方法.pdf

1、不確定性問(wèn)題廣泛存在于工程產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造到使用的全生命周期中，單個(gè)的或少數(shù)的不確定性因素對(duì)系統(tǒng)的影響較小，但多個(gè)不確定因素的耦合作用可能會(huì)對(duì)產(chǎn)品的品質(zhì)造成很大影響，因此在設(shè)計(jì)階段有效度量和控制不確定性對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性十分重要。不確定性可認(rèn)為是現(xiàn)有知識(shí)水平和完備知識(shí)水平下對(duì)事物認(rèn)知的差異，不確定性通?？煞譃殡S機(jī)不確定性和認(rèn)知不確定性?xún)深?lèi)。概率理論可較好地處理隨機(jī)不確定性，認(rèn)知不確定性的建模理論主要包括可能性理論、模糊集理論、凸模型

2、理論和證據(jù)理論等，其中證據(jù)理論是一種更為一般的認(rèn)知不確定性建模方法，它具有很強(qiáng)的建模和分析能力，在工程領(lǐng)域有著較好的應(yīng)用潛力。目前，基于證據(jù)理論的可靠性評(píng)估及設(shè)計(jì)尚處于初級(jí)階段，仍有一系列技術(shù)難點(diǎn)需要解決，特別是效率問(wèn)題、混合可靠性問(wèn)題、優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題等。本論文針對(duì)上述技術(shù)難點(diǎn)開(kāi)展了相應(yīng)地研宄，其主要工作如下：
　　(1)針對(duì)常規(guī)證據(jù)理論可靠性分析計(jì)算效率較低的問(wèn)題，提出了一種新型證據(jù)理論可靠性分析方法。首先，針對(duì)證據(jù)理論可靠性分析

3、的特點(diǎn)提出了一種新型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，并構(gòu)建極限狀態(tài)方程的代理模型；其次，基于該代理模型進(jìn)行證據(jù)理論可靠性分析；最后，提出了容差修正策略，對(duì)基于代理模型的證據(jù)理論可靠性分析結(jié)果進(jìn)行精度修正和補(bǔ)償，以獲得精度較高的分析結(jié)果。
　　(2)針對(duì)同時(shí)包含隨機(jī)和認(rèn)知不確定性的混合可靠性問(wèn)題，提出了一種概率-證據(jù)混合可靠性分析方法。借助證據(jù)變量均勻化手段，將證據(jù)變量轉(zhuǎn)變?yōu)楦怕首兞?，并將傳統(tǒng)概率可靠性分析中的最可能失效點(diǎn)概念引入概率-證據(jù)混合可靠性

4、分析模型；然后，基于最可能失效點(diǎn)對(duì)極限狀態(tài)方程進(jìn)行泰勒線性展開(kāi)，從而可將原問(wèn)題復(fù)雜的三層嵌套問(wèn)題轉(zhuǎn)化為雙層嵌套問(wèn)題，從而進(jìn)行高效混合可靠性分析。
　　(3)針對(duì)基于證據(jù)理論的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題，提出了一種基于近似梯度法的證據(jù)理論可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)方法。首先，在沒(méi)有搜集額外信息的前提下，提出了一種證據(jù)理論可靠性測(cè)度的近似梯度，從而可借助成熟高效的基于梯度的優(yōu)化算法進(jìn)行外層優(yōu)化迭代；其次，對(duì)于內(nèi)層的可靠性評(píng)估過(guò)程，不斷隨設(shè)計(jì)點(diǎn)更新約束的代理模型