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时变混合可靠性设计及其应用

时变混合可靠性设计及其应用

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作者：赵东昱电子科技大学

学位级别：硕士

随着现代工业产品日益复杂化,其生产制造过程中的动态不确定性因素带来的影响逐渐凸显。这些动态不确定性因素使得产品的实际性能发生波动,安全水平低于预期,从而无法达到产品设计之初的期望效果。在产品设计阶段考虑不确定性影响的优... 详细信息

随着现代工业产品日益复杂化,其生产制造过程中的动态不确定性因素带来的影响逐渐凸显。这些动态不确定性因素使得产品的实际性能发生波动,安全水平低于预期,从而无法达到产品设计之初的期望效果。在产品设计阶段考虑不确定性影响的优化设计,能够保证安全水平的同时获得较好的性能。随着概率不确定性优化设计受到广泛关注,静态和动态可靠性优化设计方法逐渐形成体系,并逐步开始应用于实际工程中。但考虑到实际条件尤其是有效样本的限制,一些不确定性因素无法使用概率理论描述,因此基于非概率的混合可靠性分析和设计研究仍需完善。为此,本文将以非概率理论中适用范围较广的区间理论为基础,开展概率-区间时变混合可靠性分析和优化设计研究工作。本文研究内容从不确定性描述方法出发,考虑产品实际运行过程中的动态特性,随机特性,以及某些情况下数据分布特征难以获取的情况,建立其时变混合可靠性优化设计模型,并开发该类优化模型的高效求解算法,以实现其在工程实践中的应用。本文研究成果将在一定程度上解决涵盖区间和概率的动态混合可靠性优化设计问题,并针对其区间特性给予设计人员在设计过程中灵活的决策选择。基于此思路,本文开展的时变混合可靠性优化设计的相关研究工作包括:（1）针对含有区间量化的动态时变可靠性分析问题,提出了完整的时变混合可靠性分析框架及高效求解方法。针对混合可靠度上限难以求解的问题,本文提出了基于盒式矩的混合可靠性分析方法,该方法可以系统而高效地求解混合可靠度上限与下限。（2）利用时变混合可靠性分析结果,为传统的保守和激进混合可靠性优化问题提供了高效求解方法,并提出了利用区间特性的柔性约束混合可靠性优化设计方法。本文首先使用高效的代理模型方法,求解了传统保守和激进优化模型。考虑到实际工程中设计人员对于性能或成本与可靠度之间的偏好程度不同,本文进一步提出了基于柔性约束的混合可靠性优化设计方法。（3）以下肢外骨骼机器人复杂装备为例,使用本文方法对其进行安全节能优化设计。针对其安全和节能需求,建立了表征安全和节能性能的数学模型,并完整求解了其安全节能优化设计问题,充分证明了本文方法在工程应用问题中的适用性。

关键词：时变混合可靠性可靠性分析可靠性优化设计柔性约束优化设计

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