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梁式管接头结构的稳健性优化设计

航空动力学报 2023年

作者：刘勇任新江闫方超中国民航大学航空工程学院天津布尔科技有限公司

为了提高梁式管接头的密封性能，以梁式管接头的结构参数为设计变量，对其进行稳健性优化设计。首先建立了带有椭圆弧凹槽的梁式管接头的有限元模型；其次分别以密封接触表面两道密封的最大接触压力和接触面宽为密封性能的定量指标，建... 详细信息

为了提高梁式管接头的密封性能，以梁式管接头的结构参数为设计变量，对其进行稳健性优化设计。首先建立了带有椭圆弧凹槽的梁式管接头的有限元模型；其次分别以密封接触表面两道密封的最大接触压力和接触面宽为密封性能的定量指标，建立2阶响应面模型，利用遗传算法对响应面模型进行多目标优化求解；最后在多目标优化模型上增加表征目标函数稳健性的灵敏度附加项，求解得到了梁式管接头稳健的设计参数组合，并通过有限元数值模拟验证了稳健性优化结果的有效性。结果表明：当椭圆长半轴a为1.156 mm、椭圆短半轴b为0.315 mm、第一道密封名义宽度c为0.429 mm时，梁式管接头的密封稳健性更好，稳健性设计达到预期目标。

关键词：梁式管接头响应面模型遗传算法多目标优化稳健性设计

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稳健性设计在转氨酶发酵优化过程中的应用

化工学报 2002年第12期53卷 1238-1241页

作者：周华韦萍郭峰欧阳平凯蔡瑞英南京工业大学制药与生命科学学院江苏南京210009 南京工业大学信息与计算科学学院江苏南京210009

转氨酶是酶法生产氨基酸工艺中的重要酶种,高产量的酶必须涉及菌体的生长和酶的合成需要.从酶发酵过程的稳健性出发,应用低灵敏度的稳健性设计手段对转氨酶的发酵产酶过程进行了优化设计.通过实验发现通气量和搅拌速度两个工艺参数对发... 详细信息

转氨酶是酶法生产氨基酸工艺中的重要酶种,高产量的酶必须涉及菌体的生长和酶的合成需要.从酶发酵过程的稳健性出发,应用低灵敏度的稳健性设计手段对转氨酶的发酵产酶过程进行了优化设计.通过实验发现通气量和搅拌速度两个工艺参数对发酵产酶结果影响较大,而培养基成分、发酵初始pH值及发酵温度的影响较小.并得到了结果稳定的最优发酵条件:通气量0.6L·min_-1,搅拌速度500 r·min-1,温度35℃,pH值6.5,玉米浆2％.经实验验证,发酵结果稳定且符合最优目标值.

关键词：稳健性设计转氨酶发酵优化氨基酸生产

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基于SiPESC平台的稳健性设计模块开发

基于SiPESC平台的稳健性设计模块开发

作者：邓晓丹大连理工大学

学位级别：硕士

随着优化设计方法和虚拟仿真技术的飞速发展,工程结构在规定时间内抵御干扰因素影响,满足自身设计的性能质量指标的能力越发得到重视。传统结构优化设计中将参数视为确定可控的变量,干扰因素造成的产品质量的不确定性往往在工程结构使... 详细信息

随着优化设计方法和虚拟仿真技术的飞速发展,工程结构在规定时间内抵御干扰因素影响,满足自身设计的性能质量指标的能力越发得到重视。传统结构优化设计中将参数视为确定可控的变量,干扰因素造成的产品质量的不确定性往往在工程结构使用过程中被忽视。稳健性设计方法相比于传统结构优化设计,将不确定因素以随机变量的形式应用在实际工程设计中,得到安全性、适用性和耐久性更强的工程结构,稳健性设计逐渐成为结构设计的热点问题。本文基于大连理工大学自主研发的通用多学科优化集成软件SiPESC.OPT,结合平台强大的基础算法功能进行稳健性设计软件模块研发工作,先后完成了田口稳健性设计、Sobol试验设计、结构可靠度计算和稳健性优化功能的实现。对比商业软件,运用典型数值算例以及工程支架、发动机连杆和航天结构等工程应用案例完成了对各个软件模块计算准确性和高效性的验证。田口稳健性设计模块研发过程中,结合试验设计和计算盒子模块,提供控制因子和噪声因子不同试验设计方法的选择。结构可靠度计算模块提供了显式和隐式极限状态函数问题不同的可靠性分析方法,分别实现了基于蒙特卡罗模拟和一次二阶矩法的数值问题计算,以及基于蒙特卡罗模拟和响应面法的隐式极限状态函数问题应用。稳健性优化模块支持多种确定性优化算法和可靠度计算模块的联合优化。丰富的接口设计展示了SiPESC稳健性设计模块的便捷性、多功能性和高集成性。最后本文将提出的稳健性设计软件模块推广运用在航天加筋薄壁柱壳结构中。通过航天结构的参数化建模、模型初始状态动特性分析、灵敏度分析选择可靠度计算参数、不同算法的可靠度计算、以及最终的稳健性优化设计实现了完整的工程结构稳健性设计流程,展示了SiPESC软件平台的高度集成化在实际工程应用中的准确性和高效性,肯定了本文软件研发工作的实际工程应用意义。

关键词：稳健性设计 SiPESC 田口方法可靠度计算

载人登月转移轨道偏差传播机理分析与稳健性设计

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物理学报 2013年第19期62卷 83-90页

作者：贺波勇李海阳张波国防科学技术大学航天科学与工程学院长沙410073

载人登月转移轨道具有飞行时间长,动力学模型复杂,非线性强且变系数的特点,而载人登月工程对转移轨道可靠性要求极高,研究地月转移轨道偏差传播机理和轨道稳健性设计不仅具有工程意义,更具有探索地月空间复杂引力场对轨道偏差作用的科... 详细信息

载人登月转移轨道具有飞行时间长,动力学模型复杂,非线性强且变系数的特点,而载人登月工程对转移轨道可靠性要求极高,研究地月转移轨道偏差传播机理和轨道稳健性设计不仅具有工程意义,更具有探索地月空间复杂引力场对轨道偏差作用的科学意义.本文首先分析了日地月中心引力和地球J2项摄动等主要作用力对转移轨道偏差的作用范围与影响大小,其次提出了一种基于标称轨道数据的变系数非线性动力学系统偏差传播机理解析分析方法,最后构建了基于偏差传播矩阵的转移轨道稳健性评价指标,并基于NSGA-II(Nondominated Sorting Genetic Algorithms)算法求解了载人登月转移轨道稳健性优化设计问题.仿真结果表明,本文提出的偏差传播机理分析方法能快速准确地求解出载人登月转移轨道偏差传播矩阵,利用偏差传播矩阵进行协方差分析和中途修正脉冲计算是简单准确的,考虑稳健性的转移轨道优化设计可以提高标称轨道品质.

关键词：载人登月转移轨道偏差分析稳健性设计

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柱下独立基础稳健性设计与分析

岩土力学 2019年第11期40卷 4506-4514页

作者：赵密张少华钟紫蓝侯本伟杜修力北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室

岩土工程随机参数统计特征的不确定性,使得岩土工程可靠度设计存在一定风险。岩土工程稳健性设计能够充分考虑随机参数的不确定性结合结构安全性、稳健性和经济性实现最优设计。针对随机参数统计特征的不确定性对柱下独立基础设计的影响... 详细信息

岩土工程随机参数统计特征的不确定性,使得岩土工程可靠度设计存在一定风险。岩土工程稳健性设计能够充分考虑随机参数的不确定性结合结构安全性、稳健性和经济性实现最优设计。针对随机参数统计特征的不确定性对柱下独立基础设计的影响,基于可靠度理论和岩土工程稳健性设计方法,考虑岩土参数、混凝土和钢筋材料力学参数统计特征不确定性的影响,以独立基础几何尺寸作为可控设计参数进行设计分析。将独立基础地基承载力、地基变形、基础结构冲切破坏和基础弯曲破坏4种失效模式视为串联系统,进行多失效模式下的结构体系稳健性设计,分析了多失效模式下结构几何参数与结构体系可靠度的关系。结合稳健性和经济性,进行了独立基础多目标优化设计,确定柱下独立基础设计的最优解。

关键词：独立基础多失效模式稳健性设计可靠度设计帕累托前沿

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基于关联度分析的静态和动态稳健性设计

机械工程学报 2013年第5期49卷 130-137页

作者：李昇平张恩君汕头大学工学院汕头515063

运用关联度分析建立静态特性和动态特性稳健性设计方法。该方法的核心在于由正交试验数据的规范化和关联度的计算得到一个反映产品质量或系统性能的具有望大特性的关联度序列。通过对分辨系数的研究表明,与田口方法相比,该方法具有更高... 详细信息

运用关联度分析建立静态特性和动态特性稳健性设计方法。该方法的核心在于由正交试验数据的规范化和关联度的计算得到一个反映产品质量或系统性能的具有望大特性的关联度序列。通过对分辨系数的研究表明,与田口方法相比,该方法具有更高的区分度和适应性,而且对于田口方法中很难处理的具有复杂函数关系的动态稳健性设计问题也能得到很好的解决。此外,该方法简洁明了,避免了复杂的参数估计、假设检验等数理统计过程,实用性更强,结合工程实例进行设计分析验证了方法的有效性。

关键词：稳健性设计关联度分析静态特性动态特性正交试验

基于双响应面模型的碰撞安全性稳健性优化设计

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机械工程学报 2011年第24期47卷 97-103页

作者：崔杰张维刚常伟波谢伦杰湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

建立稳健的车体耐撞结构是提高汽车碰撞安全性的有效途径。传统的耐撞性优化设计,由于忽视制造工艺、材料特性和边界条件中存在的不确定因素,导致汽车碰撞安全性能不够稳健。近年来,稳健性设计得到广泛的关注,并在汽车工业中得到应用。... 详细信息

建立稳健的车体耐撞结构是提高汽车碰撞安全性的有效途径。传统的耐撞性优化设计,由于忽视制造工艺、材料特性和边界条件中存在的不确定因素,导致汽车碰撞安全性能不够稳健。近年来,稳健性设计得到广泛的关注,并在汽车工业中得到应用。将稳健性设计方法应用到汽车碰撞安全性设计中,以某轿车的前纵梁为研究对象,运用双响应面方法对其进行稳健性优化设计。采用拉丁超立方抽样(Latin hypercube sampling,LHS)方法和最小二乘方法创建碰撞响应的二阶多项式双响应面模型,将材料特性作为不确定性因素。稳健性优化后,对前纵梁碰撞性能的稳健性与优化前进行对比分析。分析结果表明,该稳健性设计方法精度较高;经稳健性优化后,前纵梁碰撞性能的稳健性获得了显著提高,且质量减少了3.32%。

关键词：双响应面模型碰撞安全性稳健性设计

基于双响应曲面法的压实质量连续检测参数稳健性设计

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铁道学报 2016年第6期38卷 93-99页

作者：聂志红谢扬焦倓中南大学土木工程学院湖南长沙410075

压实质量连续检测参数稳健性设计旨在选择可控因素的最优组合来降低压实质量连续检测过程对噪声因素的敏感性,有效提高量测精度。本文基于双响应曲面法,结合满意度函数,以CMV均值和方差为优化目标建立二阶多项式模型;采用Box-Behnken设... 详细信息

压实质量连续检测参数稳健性设计旨在选择可控因素的最优组合来降低压实质量连续检测过程对噪声因素的敏感性,有效提高量测精度。本文基于双响应曲面法,结合满意度函数,以CMV均值和方差为优化目标建立二阶多项式模型;采用Box-Behnken设计方法,在沪昆高速铁路芷江试验段进行以振动频率、碾压速度和振幅为可控因素的压实质量连续检测试验。结果表明,以上3个因素对压实质量连续检测参数稳定性的影响程度由大到小依次为振动频率、振幅、碾压速度。根据满意度函数模型得到振动压路机连续检测工艺参数最优组合:振动频率28.0Hz,碾压速度4.0km/h,振幅1.10mm。现场试验验证了振动压路机连续检测工艺参数最优组合的适用性和准确性。

关键词：压实质量连续检测双响应曲面法稳健性设计 Box-Behnken设计

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结构疲劳寿命稳健性优化设计

机械工程学报 2010年第2期46卷 155-158页

作者：李锋孟广伟周振平周立明吉林大学机械科学与工程学院长春130022

由于材料特性、构件的几何特性、载荷历程和环境条件等随机因素的影响,造成结构的疲劳寿命往往偏离结构的设计寿命。为了减少疲劳寿命的分散性,建立一种结构疲劳寿命稳健性优化模型。该模型将结构优化设计理论和随机有限元法相结合,在... 详细信息

由于材料特性、构件的几何特性、载荷历程和环境条件等随机因素的影响,造成结构的疲劳寿命往往偏离结构的设计寿命。为了减少疲劳寿命的分散性,建立一种结构疲劳寿命稳健性优化模型。该模型将结构优化设计理论和随机有限元法相结合,在考虑设计变量和其他随机变量的变异性对结构疲劳寿命影响情况下,将结构疲劳寿命稳健性优化问题构造成包含结构疲劳寿命均值和标准差的双目标优化问题,并通过权因子来平衡结构疲劳寿命的均值和标准差关系,在约束函数中将结构疲劳寿命控制在最低寿命和最高寿命之间。经疲劳稳健性优化设计后的结构疲劳寿命在其均值处波动较小,而且分布曲线远离疲劳寿命底限。最后通过承受脉冲载荷的平面10杆桁架结构疲劳寿命稳健性优化算例显示了此方法的有效性。

关键词：稳健性设计疲劳寿命结构优化随机有限元随机性