潜艇耐压壳稳定性失效的可靠性分析与优化

本文将可靠性理论和方法用于潜艇结构的分析及设计之中,导出了使用全概率法和近似概率法进行潜艇耐压壳体稳定性失效可靠性分析的基本公式和方法.在此基础上提出了可靠性优化设计的三种基本准则,对壳体进行了优化设计.计算结果表明本文的探索是成功的.     

基于铺层参数的复合材料耐压壳协同优化设计

在给定的材料性能条件下,以耐压壳纤维体积分数和层合板厚度为设计变量,以结构质量最小为优化目标进行复合材料耐压壳的布局优化;以铺层参数作为优化变量,综合考虑结构的稳定性及其材料强度,实现了结构铺层方式的优化设计;通过协调各子系统优化结果,实现了适用于潜水器复合材料耐压壳结构/材料一体化的协同优化设计.结果表明:耐压壳结构质量较优化前的降幅为20.57%,临界失稳压力为30.78MPa,失效指数为0.675,优化结果达到预期效果.所提出的基于铺层参数的协同优化方法能够对复合材料耐压壳进行优化设计,解决了直接以铺层角作为设计变量的优化效率低的问题.     

基于组合算法的碟形水下滑翔机结构稳健优化

为提高圆碟形水下滑翔机耐压结构优化设计方案的可靠性,引入稳健性设计方法进行优化设计.首先,采用拉丁超立方方法进行试验设计,建立了预测圆碟形耐压结构性能的径向基神经网络模型;采用存档微遗传算法(AMGA)和Hooke-jeeves组合优化算法,给出了耐压壳体结构多目标优化方案;然后,应用蒙特卡罗描述性抽样方法对确定性优化结果进行了可靠性分析;在此基础上,考虑工业制造过程中不确定性因素,进行耐压结构稳健性优化求解.优化结果表明:结构质量减少了20.03%,轻量化效果明显;各设计变量和优化目标的可靠度均达到100%,优化结果具有较好的稳健性.     

基于组合优化算法的碟形水下滑翔机结构优化

圆碟形水下滑翔机的耐压壳体重量大小直接影响其整体性能。为解决只采用一种优化方法进行耐压壳体结构优化设计,很难得到真正的全局最优解的问题。首先,分别采用单目标优化、多目标优化方法进行碟形水下滑翔机结构优化方案设计。然后,设计全局探索型优化算法和数值型优化算法相结合的组合优化算法,对圆碟形水下滑翔机的耐压壳体进行优化设计;并与采用单独优化算法的优化设计结果进行比较分析。结果表明:MIGA和Hooke-jeeves组合优化算法获得很好地单目标优化效果;AMGA和Hooke-jeeves组合优化算法获得很好地多目标优化效果。     

均布外压下加肋圆柱壳的稳定性分析

加肋圆柱壳是潜艇和深潜器耐压壳体的常用形式.本文采用最优化算法计算均布外压的临界值,分析了这类结构的稳定性特征,并对合理地进行设计计算提出了一些具体建议.     

水下航行器耐压壳体参数化设计优化

为提高水下航行器耐压壳体结构设计效率,研究了基于参数化分析和响应面近似模型的耐压壳体结构优化设计方法.确定某型水下航行器的耐压壳体结构5个尺寸为优化设计变量,应用薄壳理论和CCS规范进行了初步设计并确定了优化变量可行域,采用最优拉丁超立方法(Opt LHD)在可行域空间内确定设计试验样本点,研究了ABAQUS参数化驱动样本点的方法,建立了极限载荷的二阶多项式响应面模型.以极限载荷和壳体质量为优化目标,利用二代非劣排序遗传算法进行耐压壳体的多目标优化求解,得到Pareto最优解集.最终优化结果较初步设计结构极限载荷提高41.68%,壳体质量降低27.26%.参数化方法能够简化优化过程,提高优化效率,为水下航行器结构优化设计提供了借鉴.     

考虑失稳模式的环肋圆柱壳结构优化设计

利用ANSYS参数化建模与遗传算法相结合的方法进行结构优化,研究了总长和半径一定的环肋圆柱壳以质量最轻为设计目标,满足强度和稳定性要求的最优壳体厚度、肋骨尺寸及肋距的优化设计问题.为了解决优化设计过程中难以确定稳定性约束条件而导致优化结果并非全局最优解的问题,提出了基于ANSYS路径映射技术与MATLAB根增量搜索方法相结合的判断方法,以自动判断优化过程中模型的失稳模式,并通过环肋圆柱壳的优化设计实例验证其有效性.结果表明,所提出的失稳模式判断方法有效可行,优化算法能够在较短时间内收敛到全局最优解.     

基于径向基神经网络模型的耐压壳6σ设计

为了得到更可靠的潜水器耐压壳结构,考虑到材料性能和加工时结构尺寸误差的不确定性对结构性能的影响,将6σ设计的思想引入耐压壳优化设计.借助多学科优化平台iSIGHT,对耐压壳进行6σ分析的优化设计,得到优化且可靠的设计方案.为减少6σ优化设计中的计算代价,采用足够精确的径向基神经网络模型代替ANSYS仿真程序进行迭代.结果表明,在保证计算结果足够精确的前提下较大节省了计算时间.     

基于灵敏度附加项的多目标可靠性稳健优化设计

以实现多目标优化问题的可靠性稳健优化设计为目标,基于可靠性设计的随机摄动法建立可靠度约束条件,通过对目标函数和约束条件进行灵敏度分析,生成目标函数和约束函数的灵敏度附加项,建立了两种基于灵敏度附加目标函数的可靠性稳健优化设计模型;应用Matlab7.1语言的优化和符号工具箱实现机械零件的稳健设计.算例表明,本文提出的可靠性稳健优化设计方法具有较高的精度和可靠度,为机械零件的可靠性设计提供了理论依据.     

基于遗传算法的层合板结构的可靠性优化设计

采用遗传算法分析了存在初始缺陷的复合材料层合板的可靠性优化问题．优化设计时，以层合板结构的厚度最小为目标函数，以可靠度要求为约束条件．在可靠度分析中，取初始缺陷、强度参数、单元层的厚度为随机变量，采用一阶矩法和Tsai-Wu准则分析每个单元层的失效概率，系统失效概率的计算基于串联系统假定．通过比较遗传算法与序列二次规划法的计算结果，证实了遗传算法用于可靠性优化设计的有效性．     

全压力平衡式海底管道开孔机设计

为满足国内海底管道开孔和管道维修的需求,进行了海底管道开孔机的研制。因为海洋管道开孔机要满足海底开孔作业要求,故重点研究了三种压力平衡方式用于开孔机的压力平衡设计,即活塞式、波纹管式和胶囊式压力平衡方法,并且通过研究比较选择了胶囊式压力平衡方法,对全机进行了压力平衡设计,胶囊式压力平衡可同时满足海底和陆上的开孔环境要求。通过开孔机实验,开孔机工作正常,平衡压力效果满足设计要求。     

圆柱螺旋弹簧可靠性优化设计

首先分析了圆柱螺旋弹簧静强度和疲劳强度可靠性模型建立方法,推导了其可靠性计算的公式和应力强度的分布形式.其次为充分发挥零件材料的效能同时又要考虑到零件的可靠性指标,以圆柱螺旋弹簧的质量为优化的目标函数,利用机械可靠性设计和机械最优化设计方法,在弹簧常规约束和可靠性约束基础上,建立了可靠性优化设计计算模型.最后,结合优化工具和上述优化模型对具体实例进行了应用计算,并分析对比了可靠性优化设计和常规优化设计的结果,说明所提可靠性优化设计方法实用、可靠,能最大程度地满足设计要求.     

基于实码遗传算法的汽车变速箱可靠性优化设计

对渐开线圆柱齿轮可靠性设计做了深入的理论分析,建立了汽车变速箱可靠性优化设计模型,并使用实码遗传算法求解大规模复杂优化设计问题,以便获得全局最优解。对BC174B汽车变速箱的优化结果表明该方法是行之有效的。     

基于PLC的双余度海底管道开孔机远程电气控制系统设计

为填补国内海底管道开孔机的空白,进行了海底管道开孔机的研制。鉴于其特殊的工作环境,需要远程控制系统对开孔机进行监控。为了解决远程控制系统所面临的可靠性、信号衰减、密封和剧烈震动的问题,设计了基于PLC和HY-TTC60的双余度远程电气控制系统。经过实验验证,该控制系统能够控制开孔机完成开孔;并能实时监视开孔机的工作状态。根据实验采集的数据判断,该控制系统精度满足设计要求。     

塔式起重机塔头结构的可靠性优化设计

利用有限元法对塔式起重机塔头进行了可靠性分析,克服了用传统方法分析所带来的不足。研究开发了以成本最低为目标,在结构优化设计中考虑可靠度约束的可靠性优化设计方法,省去了常规的应力约束。数值结果表明,这种方法使工程设计达到结构合理,安全又经济。     

基于辐射噪声线谱削峰的双层加肋圆柱壳结构声学设计

为降低水下航行器辐射噪声线谱,提出了一种弱辐射双层加肋圆柱壳结构. 采用机械阻抗理论分析了环肋圆柱壳模态响应幅值控制机理;引入圆截面内运动假设,利用模态展开法推导了环肋径向机械阻抗表达式;基于阻抗失配、波形转换原理,设计了阻抗加强环肋模型,并利用波动理论分析了其隔振性能;考虑壳间托板的强耦合作用,对托板进行了阻波设计. 将阻抗增强肋骨和复合阻波托板联合应用到双层壳结构声学设计中,数值分析了设计前后双层壳振动与声辐射性能. 结果表明:提出的新型双层加肋圆柱壳能有效实现辐射噪声线谱削峰,振动均方速度、辐射声功率和辐射声压大幅降低,具有显著的减振降噪效果.      

多种激励条件下复杂圆柱结构的中频声辐射预测及验证

利用混合有限元-统计能量分析法,研究不同激励条件下复杂圆柱结构的声辐射特性.构建了一种空中及水下航行器的典型结构——复杂圆柱结构.在半消声室中测量了圆柱结构腔内声压级水平.结果表明:在不同激励条件下,该方法预测的复杂圆柱结构在中频段的声压值与实验测量结果比较吻合,能够较准确反应各个频率段及拐点处的声辐射情况.预测误差随激励的类型及频率的改变存在一定差异,其中声-力混合激励下预测误差最小.随着频率的增加预测精度越来越高.     

圆柱螺旋弹簧优化设计的一种算法

本文给出了圆柱螺旋弹簧优化设计的一种新算法——线性规划算法.圆柱螺旋弹簧优化设计数学模型是一种约束非线性规划模型,经过本文提出的线性变换,该模型可转换成一个纯粹的线性规捌模型.数值计算结果表明,此法不但收敛速度快、精度高、可靠性好,而且还具有程序结构简单,能获得全局最优解等特点,是弹簧优化设计的一种实用方法.     

弹性分组多环网络的可靠性分析

弹性分组环(RPR)多环网络缺乏可靠性模型及相应分析,使得多环网络的设计参数很难选取,为设计高可靠性网络带来困难。该文提出了RPR多环网络的可靠性模型,利用概率理论分析提出了弹性分组环多环网络的可靠性函数以及平均失效时间函数。结果表明影响多环网络可靠性的主要参数是子环节点数分布,并且利用Lagrange乘数法证明了多环网络在子环节点分布均匀时可靠性达到最优;因此设计节点均匀分布的多环网络可以大幅度提高网络的可靠性,为设计高可靠性多环网络提供了理论依据。     

弹性分组多环网络的可靠性分析

弹性分组环(RPR)多环网络缺乏可靠性模型及相应分析,使得多环网络的设计参数很难选取,为设计高可靠性网络带来困难。该文提出了RPR多环网络的可靠性模型,利用概率理论分析提出了弹性分组环多环网络的可靠性函数以及平均失效时间函数。结果表明影响多环网络可靠性的主要参数是子环节点数分布,并且利用Lagrange乘数法证明了多环网络在子环节点分布均匀时可靠性达到最优;因此设计节点均匀分布的多环网络可以大幅度提高网络的可靠性,为设计高可靠性多环网络提供了理论依据。