基于多维PC扩展的多学科稳健优化算法研究

针对多维不确定性下的多学科稳健设计优化问题,以随机不确定性因素的均匀分布和正态分布并存状况为例,提出一种新的以Legendre polynomials和Hermite polynomials为基础与多维多项式混沌方法,构建多维不确定性量化模型,完成多学科稳健设计优化框架的研究。同时将多维稳健优化方法应用于多学科设计优化的实际工程算例散货船优化论证中,并与文献的单维稳健优化方法进行比较。结果表明,在多维不确定性因素影响下,采用多维多项式混沌方法解决多学科稳健设计优化问题,其优化结果与确定性多学科设计优化结果相差不大,能够得到较为稳健的计算优化结果,有效减少和避免设计优化方案失效的可能性。     

大功率船用齿轮箱传动系统模糊可靠性优化

以某大功率船用齿轮箱传动系统为研究对象,在模糊理论与可靠性理论相结合的基础上,建立传动系统模糊可靠性优化模型.以各级齿轮副的齿数、模数、螺旋角、齿宽、传动比的分配为设计变量,综合考虑各设计参数和约束因素的随机性、边界模糊性,以整个传动系统体积最小为目标函数,进行模糊可靠性优化.结果表明,传动系统合理的设计参数,能显著减小体积,减轻重量,更符合工程实际.     

基于结构疲劳动态可靠性分析的船舶结构概率损伤容限设计

本文根据结构可靠性理论，提出了一种基于结构疲劳动态可靠性分析的损伤容限分析方法，给出结构疲劳裂纹随机扩展过程中疲劳寿命分布和结构疲劳可靠性的表达式。在给定与疲劳寿命有关的各参数条件下求得动态可靠性曲线，从而在结构设计中根据可靠性要求确定或选择设计参数。     

墙板液压成型机上横梁结构优化设计

以正在为某厂设计的300吨三缸四柱墙板液压成型机上横梁作为优化对象,在对其进行合理简化并进行静力分析的基础上确定优化变量,构建参数化有限元模型;运用ANSYS优化功能进行优化求解;通过网格细分验证了分析结果的可靠性。     

基于蒙特卡罗模拟的船体型线稳健优化设计

传统的船型优化仅考虑了确定性因素的影响,忽视了设计和使用中不确定性因素的存在,常导致船型方案不可行或航行性能较差。为了考虑不确定因素对船舶阻力性能的影响,在船型优化中引入稳健优化设计理论。首先,阐述了稳健优化设计的基本原理,在此基础上,以KCS船型为例,考虑了航速不确定性的影响,建立了稳健优化数学模型。其次,基于Isight平台完成了KCS船体型线稳健优化设计。试验结果表明:船体型线稳健优化设计可有效地减小船型方案失效的可能性,更符合工程实际。     

基于可靠性的结构优化对绞吸船定位桩应用

移船倒桩系统的定位桩结构是大型绞吸挖泥船的重要结构,是绞吸挖泥船在海上作业的基础性定位设施。目前,国内外对移船倒桩结构系统的研究取得了一定的成果,但主要是静动力分析及安全评定方面。本文基于可靠性的结构优化设计研究,结合绞吸挖泥船的实际工作情况,建立了移船倒桩结构定位桩优化设计模型,确立了随机参数模型,以大型绞吸挖泥船移船倒桩结构为例进行了定位桩基于可靠性的优化设计。算例结果显示了基于可靠性的优化是合理且经济的。     

一种接收系统电路容差分析研究

对影响电路容差性能的关键参数进行仿真、分析和调整,优化电路容差性能。根据容差分析的一般流程,利用Mentor软件对一种接收系统模拟电路的参数进行容差仿真,采用蒙特卡罗法、最坏情况法和参数扫描法对电路容差的稳定性进行分析。通过调整元器件的标称值、精度及温度系数等参数,改进了电路的容差性能,达到了设计要求。仿真结果表明,调整元器件的重要参数,可以改变电路的容差性能,优化所设计的电路,节省设计时间和设计费用,为提高产品的可靠性提供了一种新的途径。     

自主船舶操纵系统可靠度和灵敏性分析

当前自主船舶操纵系统的故障样本较少，相关设备的原始故障数据存在主观性参数，基于这些数据的可靠性分析会受到认知不确定性的影响。为此，采用证据理论处理不确定性问题，采用贝叶斯网络进行可靠性分析，计算自主船舶操纵系统的可靠性指标。通过计算重要度来定量分析基本设备单元的灵敏性，诊断自主船舶操纵系统的薄弱环节，为设计优化和维修检测提供依据。研究表明：采用证据理论与贝叶斯网络相结合的方法能有效降低自主船舶操纵系统的可靠度和灵敏性分析中认知不确定性带来的影响；各项可靠性指标显示，柴油机和空气处理设备为系统的薄弱环节。     

爆炸焊接参数计算机辅助设计

爆炸焊接参数的优化是获得高质量爆炸金属复合材料的关键。本文采用材料和炸药两个系统拟合的方法，按参数下边办条件优化参数的原则，建立了参数计算的计算机辅助设计系统，使参数确定由试凑法和单纯的经验上升到理论。该方法有足够的合理性和可靠性，适用于广泛的材料组合，可在工程实际中采用。     

多维随机不确定性下的船舶多学科稳健设计优化研究

通常船舶多学科设计优化仅考虑确定性的影响,忽视设计中不确定性因素的存在,显然优化结果无法真正保障船型方案的可行性和航行性能的优良性。目前,不确定性船舶多学科设计优化主要集中在一维不确定性分析。为了得到船舶设计优化的最优方案,以多维不确定性下的多学科稳健设计优化问题为例,通过分析考虑随机不确定性因素的均匀分布和正态分布并存分布状况,提出了一种新的以Legendre polynomials和Hermite polynomials多项式为基础的多维多项式混沌方法,并以海洋平台支持船为对象构建多维不确定性量化模型。通过对多维随机不确定性因素对船舶优化方案的影响分析完成了船舶多学科稳健设计优化研究,有效地减少和避免船舶设计优化方案失效的可能性。     

Design optimization of a torpedo shell structure

An optimized methodology to design a more robust torpedo shell is proposed. The method has taken into account reliability requirements and controllable and uncontrollable factors such as geometry, load, material properties, manufacturing processes, installation, etc. as well as human and environmental factors. The result is a more realistic shell design. Our reliability optimization design model was developed based on sensitivity analysis. Details of the design model are given in this paper. An example of a torpedo shell design based on this model is given and demonstrates that the method produces designs that are more effective and reliable than traditional torpedo shell designs. This method can be used for other torpedo system designs.     

地效翼船主翼结构优化设计

本文利用ANSYS软件,建立了地效翼船主翼结构工程实用的优化模型,根据主翼结构的制造工艺和设计载荷工况确定了关键构件截面的优化设计变量和应力约束条件,以主翼结构最小重量为目标函数进行优化设计,取得了明显的减重效果.在对优化结果可靠性评估的基础上,提出了应力折减系数以修改关键构件的应力约束条件,进行主翼结构的二次优化,提高了优化设计的可靠度.     

基于多维多项式混沌展开法的船舶不确定性优化设计

以船舶不确定性优化设计为对象,分析考虑多个随机变量对优化目标和约束的影响,提出一种基于多维多项式混沌展开法(PCE)的船舶不确定性优化设计,并将其应用于散货船工程优化实例中,保证船舶的稳健性和可靠性。     

采用遗传算法进行球鼻艏优化的流体动力计算(英文)

Computational fluid dynamics(CFD) plays a major role in predicting the flow behavior of a ship.With the development of fast computers and robust CFD software,CFD has become an important tool for designers and engineers in the ship industry.In this paper,the hull form of a ship was optimized for total resistance using CFD as a calculation tool and a genetic algorithm as an optimization tool.CFD based optimization consists of major steps involving automatic generation of geometry based on design parameters,automatic generation of mesh,automatic analysis of fluid flow to calculate the required objective/cost function,and finally an optimization tool to evaluate the cost for optimization.In this paper,integration of a genetic algorithm program,written in MATLAB,was carried out with the geometry and meshing software GAMBIT and CFD analysis software FLUENT.Different geometries of additive bulbous bow were incorporated in the original hull based on design parameters.These design variables were optimized to achieve a minimum cost function of "total resistance".Integration of a genetic algorithm with CFD tools proves to be effective for hull form optimization.     

H∞ Robust Fault-Tolerant Controller Design for an Autonomous Underwater Vehicle＇s Navigation Control System

In order to improve the security and reliability for autonomous underwater vehicle (AUV) navigation, an H_∞ robust fault-tolerant controller was designed after analyzing variations in state-feedback gain. Operating conditions and the design method were then analyzed so that the control problem could be expressed as a mathematical optimization problem. This permitted the use of linear matrix inequalities (LMI) to solve for the H_∞ controller for the system. When considering different actuator failures, these conditions were then also mathematically expressed, allowing the H_∞ robust controller to solve for these events and thus be fault-tolerant. Finally, simulation results showed that the H_∞ robust fault-tolerant controller could provide precise AUV navigation control with strong robustness.     

Metamodel approach for reliability-based design optimization of a steel catenary riser

A reliability-based design optimization (RBDO) methodology is presented for the design of a steel catenary riser (SCR) under dynamic environmental loads. The purpose of this work is to optimize the cost of products subjected to probabilistic constraints. Searching for the optimal design of the riser in a wide range of design variables is computationally very expensive if time-consuming codes for dynamic analysis are necessary in the iteration process. In this study, the effectiveness of the proposed RBDO using a metamodel is firstly studied and validated through a beam test, then applied to the industrial dynamic optimization problem. The design variables of structures are assumed to be uncertain, and some other parameters such as loading and material properties are considered random. The performance function is approximated using metamodels to avoid time-consuming finite-element analysis during the optimization iteration. A single-loop method is used to decouple the double-loop RBDO problem. The reliability is finally confirmed through Monte Carlo simulations. According to the analysis, the presented methodology is more rational and realistic compared with deterministic optimization.     

基于Fuzzy—PID的UUV姿态控制器研究

结合UUV航行中动力特性变化较大的特点,研究并提出了一种Fuzzy-PID控制器的设计。该控制器把Fuzzy控制和传统的PID控制有机地结合起来,实现了对控制系统的参数自整定。给出了UUV纵向姿态运动数学模型和仿真试验设计。仿真结果表明,这种Fuzzy-PID控制效果优于单纯的PID控制方式,特别对变参数系统具有较强的鲁棒性。     

框架断路器操作机构设计可靠性浅析

框架断路器运用于船舶主配电供电系统,其操作机构是影响框架断路器安全可靠运行的关键部件。首先介绍了操作机构的工作特点;然后分析了影响机构可靠性主要因素,提出了一系列不利因素的改进方法,提升了操作机构的运行可靠性,为高可靠性框架断路器操作机构的设计优化提供了理论借鉴和技术手段。     

粒子群算法在翼型剖面优化中的应用

为设计出具有良好升阻比性能的翼型剖面,采用智能优化领域新兴的粒子群优化算法(PSO)结合面元法对翼型进行优化设计。文中给出了PSO算法的数学模型及其在翼型优化设计中的主要计算过程,并以Naca66mod翼型为原型进行设计。获取了翼型优化过程中每一步处的翼型剖面形状、翼型表面压力系数分布以及翼型的升力系数、阻力系数和最大厚度比,结果分析表明经过优化后的翼型与原型相比,具有升力系数增加,阻力系数减小这一有利的特征改变。同时采用CFD方法对两种翼型进行数值模拟计算,获得同上的结论,进而验证了PSO方法在翼型优化设计中的可行性。     

基于鲁棒性的船体中横剖面多目标优化

工程应用中在进行鲁棒性优化设计时,要求所求出的解既要具有较高的质量,又要满足一定的鲁棒性要求。将鲁棒性优化问题转化为一个双目标的优化问题,即一个目标为解的最优性,另一个目标为解的鲁棒性,并针对一艘最大应力接近许用应力的多用途船进行基于鲁棒性的中横剖面优化设计。首先,用支持向量机的方法建立船体舱段的近似模型,用于求取舱段的最大应力,并结合蒙特卡罗积分的思想构造出表示最大应力鲁棒性的函数;随后,以最大应力最小和最大应力的鲁棒性函数值最小为目标函数,设计出一种求解鲁棒性最优解的粒子群多目标优化算法。优化结果不仅能降低船体结构的最大应力,同时还可较大程度地提高最大应力的鲁棒性,证明了该方法的可行性。