检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：牛腾大连理工大学

学位级别：博士

巨大的能源消耗和污染物排放加剧了世界能源短缺和环境压力。提高能源效率,优化能源利用,减少污染物排放已经成为未来可持续能源发展战略的重点。蒸汽动力系统为过程工业提供所需的电力,蒸汽等,同时也会消耗大量的一次能源,产生大量的... 详细信息

巨大的能源消耗和污染物排放加剧了世界能源短缺和环境压力。提高能源效率,优化能源利用,减少污染物排放已经成为未来可持续能源发展战略的重点。蒸汽动力系统为过程工业提供所需的电力,蒸汽等,同时也会消耗大量的一次能源,产生大量的污染物。因此,蒸汽动力系统的设计与运行优化研究对于企业经济效益、环境保护和能源节约具有重要的理论和实际意义。在实际蒸汽动力系统设计与运行优化研究中,不确定因素是必须考虑的。不确定因素会使系统现有设计和操作策略保守或过程不合理,严重情况下会带来安全隐患。传统的处理方法不能合理地体现不确定性对于目标函数和约束条件的影响,会使现有设计和操作偏离最优状态;另外,实际工程系统中一般存在多源多类型不确定因素且这些不确定性通常不是单独存在的,单一的传统不确定优化方法在解决实际问题中都有其适用条件和优缺点,不能处理复杂的混合不确定性系统;除此之外,复杂不确定性可能会引起系统风险,从而无法保证优化结果具有绝对可行性,甚至导致系统不稳定,具有高风险性。因此,针对蒸汽动力系统的设计与运行优化,亟需开发新的方法和模型来应对系统中的复杂不确定性及系统风险。本文以数学模型和不确定性规划理论为基础,耦合不确定性优化方法来解决复杂的不确定性问题。不确定性优化方法的耦合不仅集成了传统方法的优点,而且可以在它们的局限性之间实现一定程度的互补。针对蒸汽动力系统中存在的混合不确定性,如汽电需求,燃料价格,电力价格,首先分析了其性质及其对系统目标函数和约束的影响,然后基于不同的需求特点、组成要素和政策要求等,通过不确定性优化方法耦合建立一系列的蒸汽动力系统设计与运行优化模型。所提模型以系统总成本最小为目标,以期得到的最优化策略既能实现经济目标优化,又要保证系统能应对复杂不确定性而安全稳定正常运行。主要研究内容如下:(1)针对蒸汽动力系统中不确定的汽电需求,燃料及电力价格,耦合机会约束规划和min-max鲁棒优化得到机会约束鲁棒优化方法。该方法改进了传统的不确定优化方法,能够处理表示为概率密度函数、有界集合及其组合的复杂不确定性。它在复杂不确定环境下,允许满足指定置信水平下的系统约束,并基于系统成本最小化得到鲁棒解决方案。建立蒸汽动力系统机会约束鲁棒优化模型,并应用于某炼油厂工程实例。数值结果表明,公用工程系统决策者可基于决策要求及相关规定确定系统可靠性系数,进而获得对应的鲁棒最优决策方案,实现经济性和可靠性之间的权衡。(2)考虑机会约束鲁棒优化策略所需的参数分布信息获取困难或存在较大误差,将汽电需求,燃料及电力价格的不确定性表示为区间数并引入区间参数规划策略。区间参数规划不需要考虑系统不确定因素的多源性和复杂性,也不需要参数数据分布信息,只需要知道参数的波动区间即可进行不确定优化。建立蒸汽动力系统区间参数规划模型,并应用于某工程实例。数值结果表明,区间参数规划模型可得到区间形式的优化结果,从而为公用工程系统决策者评估经济性和可靠性之间的权衡提供更加直观的决策支持。(3)蒸汽动力系统的设计与运行优化不仅要得到最优设计和操作方案,也要确保当不确定变工况发生时,系统能够迅速地调整操作方案以保证生产的安全稳定进行,同时保证较高的效率和较好的经济性。针对蒸汽动力系统中不确定的汽电需求,燃料及电力价格,将区间参数规划耦合到两阶段随机规划框架中,提出复杂不确定性下的区间两阶段随机规划模型。基于某炼油厂工程实例,证明所提模型以区间形式给出优化结果,不仅可以实现系统经济性和可靠性之间的权衡,而且可针对不确定性引起的各种变工况,提出相应的调度调节方案。(4)区间两阶段随机规划方法是基于假设决策者持风险中性的态度。在高可变条件下,当决策者是风险厌恶者时,区间两阶段随机规划方法可能变得不可行。针对区间两阶段随机规划方法的局限性,引入风险规避的鲁棒优化,得到区间两阶段鲁棒优化模型。基于某炼油厂工程实例,所得优化数值结果表明,所提模型可评估系统经济性和稳定性之间的权衡,从而使得公用工程系统决策者可以以较低的系统成本和可接受的系统风险实现理想的方案。

关键词：蒸汽动力系统设计与运行优化复杂不确定性不确定性优化风险规避

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大口径火炮不确定性博弈优化研究

大口径火炮不确定性博弈优化研究

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作者：徐凤杰南京理工大学

学位级别：博士

在以数字化战场与远程精确打击为核心的信息化战争中,作战目标机动性强、战场瞬息万变、战机转瞬即逝,这对火炮武器系统的远程化、精确化、机动性提出了更高要求。未来陆军地面作战模式必须从传统的“密中求狠”式粗暴火力对轰消耗战向... 详细信息

在以数字化战场与远程精确打击为核心的信息化战争中,作战目标机动性强、战场瞬息万变、战机转瞬即逝,这对火炮武器系统的远程化、精确化、机动性提出了更高要求。未来陆军地面作战模式必须从传统的“密中求狠”式粗暴火力对轰消耗战向“外科手术”式智能化远程精确打击方向发展。高初速是火炮远程化的重要举措,但初速的提升直接导致炮口动能和炮口动量大幅增加,这将会使火炮发射过程的受力与运动规律更加复杂,导致火炮威力与机动性之间的矛盾更加尖锐,利用现有的设计理论难以解决这种突出的矛盾,严重制约了高性能火炮武器的发展,其根本原因包括两个方面:一是现有的设计理论一般将火炮处理成确定性系统,利用确定性理论建立火炮发射过程的动力学模型,而火炮发射过程本质上是一个受结构不确定性、载荷不确定性和模型不确定性等多源不确定性因素影响的不确定性过程,随着火炮初速的不断提升,不确定性因素的影响愈加凸显,直接利用现有的确定性设计理论难以揭示火炮与弹药系统不确定性对火炮关键性能的影响规律;其二,火炮的射击精度、机动性等性能指标之间往往是相互矛盾、充满冲突、互相制约的,现有的火炮优化方法难以有效处理这种矛盾。本文以此为背景,通过区间模型表征火炮与弹药系统中的不确定性参数,利用非合作博弈理论对火炮不确定性优化问题开展了深入系统的研究。主要研究内容包括:(1)分析了区间不确定性优化理论和博弈原理。从采用区间数描述参数不确定性开始,给出区间算法和基于区间算法的区间分析理论,从而引出区间函数扩张问题。探讨了抑制区间扩张问题的两种方法:基于区间摄动法的区间分析和基于全局优化算法的区间分析法。讨论了区间不确定性优化问题,给出了两层嵌套区间不确定性优化算法。进一步,从博弈的构成与分类两个角度,阐述了博弈的基本原理。(2)开展了大口径火炮设计参数不确定性优化研究。针对传统两层嵌套区间不确定性优化效率低下问题,提出了Chebyshev区间仿射不确定性优化方法,为了克服区间运算带来的区间扩张问题,将区间数改写为仿射型,并通过仿射算法完成区间分析,两个数值算例结果验证了所提方法的可行性、准确性和高效性;利用仿射算法开展区间分析,可以直接获得不确定性目标函数与约束函数的区间,实现了两层嵌套优化问题向单层确定性优化问题的转换,数值算例研究表明该方法可以显著提升计算效率。针对仿射算法仅适用于目标函数具有显式表达式优化问题的不足,利用Chebyshev多项式展开将不确定性目标函数转换为具有简洁显式表达式的多项式近似模型,可有效地适配仿射算法完成区间分析。以大口径火炮内弹道设计参数不确定性优化为例,将初速和区间经济性指标设为优化目标,将最大膛压、炮口压力和最大负压差作为约束函数建立区间优化模型,并采用所提方法进行求解,优化结果证明了该方法在火炮内弹道设计参数不确定性优化的有效性。(3)开展了大口径火炮设计参数Robust Nash博弈求解策略研究。为了将多目标优化问题转换为Nash博弈问题,提出了一种基于灵敏度分析与模糊C均值聚类分析的设计变量集合分割方法,以各个设计变量对目标函数的灵敏度数据为分割依据,采用模糊聚类方法将设计变量集合分割为若干子集。将待优化目标、目标函数分别设为博弈方和收益函数,结合灵敏度数据将分割后的设计变量子集划分给每个博弈方;采用Chebyshev多项式展开为复杂工程问题的收益函数构造易于计算的代理模型,为避免Chebyshev张量积采样带来的维度灾难问题,采用截断形式的Chebyshev多项式展开,使用OLHD方法选取较少的样本点并运用配置法计算多项式展开系数,以某大口径火炮后坐阻力优化为算例验证了所提Nash博弈求解策略的可行性。为克服传统矩阵博弈策略无法应用于复杂工程优化问题以及最差情况分析法带来的两层嵌套问题,采用Chebyshev多项式展开把收益函数转换为多项式形式,通过仿射算法直接获得不确定性收益函数的“最差情况”,从而直接将不完全信息博弈转换为完全但不完美信息博弈,进而可通过精英信息交换法获得Robust Nash均衡,形成了Chebyshev区间仿射Robust Nash博弈求解策略,数值算例表明,所提方法可以获得与两层嵌套策略几乎一致的Robust Nash均衡,但是计算时间大幅减少。建立大口径火炮后坐阻力Robust Nash博弈模型,分别采用所提方法与两层嵌套算法进行求解,发现两种算法的收敛过程几乎一致,证明了所提方法在火炮不确定性优化领域的可行性、准确性和高效性。(4)在Robust Nash博弈研究的基础上,从不完全信息与博弈方层次性的角度出发,开展了某大口径火炮系统参数Robust Stackelberg博弈研究。建立了最大射程角工况某大口径火炮多柔体系统动力学模型,采用灵敏度分析法与聚类分析法将设计变量分配给博弈方作为策略集,建立多主-单从Robust

关键词：火炮优化不确定性优化 Chebyshev多项式展开仿射算法 Nash博弈 Robust Nash博弈 Robust Stackelberg博弈

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基于油藏不确定性的适应性井网生成及优化方法研究

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中国科技论文 2017年第21期12卷 2438-2444页

作者：张凯张浩张黎明姚军中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580

为了提高井网对复杂不确定性油藏的开发效率,针对传统井网存在结构简单,变化不灵活,适应性差等缺点,提出了1种新型的自适应性井网构建方法,利用Delaunay三角形剖分与Frontal-Delaunay四边形剖分法生成大规模高质量的三角形及四边形井网... 详细信息

为了提高井网对复杂不确定性油藏的开发效率,针对传统井网存在结构简单,变化不灵活,适应性差等缺点,提出了1种新型的自适应性井网构建方法,利用Delaunay三角形剖分与Frontal-Delaunay四边形剖分法生成大规模高质量的三角形及四边形井网,能够有效地约束各种复杂边界,并实现变密度调整,体现出良好适应性。基于油藏建模存在不确定性,以油田的净现值(net present value,NPV)的期望值和标准差为目标函数,利用PSO算法与k聚类算法相结合,对不确定性油藏模型进行聚类,并循环优化,在保证计算精度的同时,提高收敛效率。经不确定性油藏实例验证,利用所提方法生成的井网能够充分适应油藏的非均质性及复杂边界条件,在降低计算量的同时保证结果精确性,显著降低不确定性带来的开发风险,提高预期收益。

关键词：适应性井网非结构化网格 PSO算法 k聚类算法不确定性优化

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基于区间不确定性的乘用车缓冲吸能结构优化设计

基于区间不确定性的乘用车缓冲吸能结构优化设计

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作者：屠燕婷湖南大学

学位级别：硕士

当今汽车安全性问题已成为全球汽车界关注的重点。当汽车发生正面碰撞时，位于汽车压溃区的前部缓冲吸能结构承担着主要吸能部件的重要责任，车内乘员的损伤情况与汽车前部缓冲吸能结构的吸能特性有着十分紧密的联系。汽车前部缓冲吸能... 详细信息

当今汽车安全性问题已成为全球汽车界关注的重点。当汽车发生正面碰撞时，位于汽车压溃区的前部缓冲吸能结构承担着主要吸能部件的重要责任，车内乘员的损伤情况与汽车前部缓冲吸能结构的吸能特性有着十分紧密的联系。汽车前部缓冲吸能结构的材料特性与截面尺寸决定着汽车发生碰撞后的加速度变化以及驾驶舱的完整性。因而，研究设计一款材料性能优越且截面尺寸合理的缓冲吸能结构对汽车碰撞过程中的耐撞性能提高有着极为重要的意义。本文建立了目前车辆普遍使用的四边形吸能结构的有限元模型，通过台车碰撞试验对仿真模型进行了验证。选取具有代表性的不同金属材料和复合材料作为吸能材料，进行仿真研究，对比分析两种材料的吸能特点。根据分析结果，将金属材料和复合材料合二为一，提出多材料体吸能结构，并对其进行有限元仿真分析。基于区间不确定性理论，将有限元仿真、拉丁方试验设计、响应面法以及遗传算法相结合，对吸能结构的截面尺寸进行多目标优化设计，并通过仿真对优化结果进行了验证。在福特Explorer整车正面碰撞有限元模型的基础上，将多材料体与优化截面尺寸组合的吸能结构应用于整车前部吸能梁上，研究了优化后的吸能结构的吸能特性。论文研究表明，多材料体在金属材料与复合材料的相互作用下，表现出优异的吸能效果。多材料体与优化截面尺寸结合的吸能结构，有效提高了车辆碰撞的耐撞性，减少了碰撞事故对车内乘员造成的伤害。本文的研究成果具有一定的工程参考价值，为乘用车吸能结构的设计和改进提供了指导。

关键词：吸能结构材料特性截面尺寸区间不确定性优化

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不确定性条件下的波罗湖湿地补水工程净碳汇优化模型研究

不确定性条件下的波罗湖湿地补水工程净碳汇优化模型研究

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作者：赵雷东北师范大学

学位级别：硕士

湿地是地球表层系统中的重要碳汇,可以通过吸收大气中的温室气体,减缓因温室效应而引发的全球气候变暖等环境问题。大气中的二氧化碳（CO2）可以通过植物的光合作用转变为有机碳。在生态系统中,碳会在植物被降解时转换为CO2,并最终释放... 详细信息

湿地是地球表层系统中的重要碳汇,可以通过吸收大气中的温室气体,减缓因温室效应而引发的全球气候变暖等环境问题。大气中的二氧化碳（CO2）可以通过植物的光合作用转变为有机碳。在生态系统中,碳会在植物被降解时转换为CO2,并最终释放到大气中。此外,化石燃料的燃烧产生了大量的污染物,如CO2、二氧化硫（SO2）等,这些污染物质释放到大气中会加快全球气候变暖的脚步。所以说,湿地是全球性碳汇,一旦湿地被破坏,将导致全球气候变暖。本文根据波罗湖保护区的现状和特点,综合考虑了社会经济效益和生态环境效益等相关因素以及补水过程中不确定因素的影响,采用区间两阶段随机规划方法,以芦苇湿地和沼泽湿地的净碳汇量最大化为目标,建立了基于不确定性条件下的波罗湖湿地补水工程净碳汇优化模型,以期获得净碳汇量最大目标下的波罗湖湿地生态补水优化方案。分析结果表明:以满足社会经济效益和生态环境效益等因素为前提,在枯、平两种情景下,湿地平均每年可吸收固定CO2量的上限值均有所增加,分别为[15 239.35,35 788.16]t、[19 024.30,37 232.18]t,比工程推荐方案分别提高了73.73%和80.74%;丰水年情景下可吸收固定CO2量为[20 916.77,37 893.11]t,其上、下限分别提高了1.54%和83.95%。该优化方案充分发挥了湿地的最大生产潜力,为最大限度地利用湿地资源及减缓温室效应提供技术支持。

关键词：波罗湖保护区湿地净碳汇量不确定性优化生态系统服务价温室效应

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考虑参数相关性的乘员约束系统不确定性多目标优化

考虑参数相关性的乘员约束系统不确定性多目标优化

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作者：史绍寅合肥工业大学

学位级别：硕士

随着汽车行业的快速发展,单一的汽车安全技术不能满足人们对安全的需求,因此主被动集成的安全技术成为近年来汽车安全研究的主要方向。主动预紧式安全带和自动紧急制动(Automatic Emergency Braking,AEB)系统是主被动安全技术结合的重... 详细信息

随着汽车行业的快速发展,单一的汽车安全技术不能满足人们对安全的需求,因此主被动集成的安全技术成为近年来汽车安全研究的主要方向。主动预紧式安全带和自动紧急制动(Automatic Emergency Braking,AEB)系统是主被动安全技术结合的重要方式。AEB系统在即将发生碰撞时主动制动,但是这可能会导致乘员离位,增加乘员受到损伤的风险,主动预紧式安全带能在AEB阶段约束乘员离位,降低损伤风险。因此,为了提高约束系统的保护效果,需要对AEB与主动预紧式安全带作用下的约束系统进行参数匹配优化。传统的确定性乘员约束系统多目标优化,没有考虑不确定性因素的影响,可能会造成优化结果误差较大且可靠性偏低。同时,不确定参数之间往往存在一定的相关性,因此在对乘员约束系统进行优化设计时,不仅要考虑不确定参数的影响,还需要考虑不确定参数之间的相关性。本文通过区间模型建立了一种能处理不确定参数相关性的多目标优化模型,对乘员约束系统参数进行匹配优化。主要工作内容如下: (1)本文在区间多目标优化方法的基础上,引入多维平行六面体模型度量不确定参数之间的相关性,建立了考虑参数相关性的多目标优化模型,并且通过独立性转换原则、区间序关系和区间可能度模型将其转换为独立的确定性多目标优化模型,通过Chebyshev区间分析方法,求解目标函数和约束函数上下界,避免了双层嵌套优化。 (2)本文建立了集成AEB与主动预紧式安全带的正面100%碰撞乘员约束系统驾驶员侧的仿真模型,并且通过试验证明了该模型具有较高的精度。基于已验证的仿真模型,对主动预紧式安全带的关键参数及其在AEB阶段的保护效果进行了研究。 (3)为提高乘员约束系统保护效果,本文结合试验设计、近似模型、独立性转换、确定性转换以及微型多目标遗传算法对AEB与主动预紧式安全带共同作用下的乘员约束系统进行考虑参数相关性的不确定性多目标优化,设计四种不同的相关性参数工况,分别获得Pareto前沿解集,并通过对比得出结论:不确定参数之间的相关性大小会影响目标响应的波动范围,相关性越大,目标响应的波动范围越小,优化结果可靠性越高。

关键词：不确定性优化参数相关性乘员约束系统主被动集成 Chebyshev区间分析方法

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考虑源荷不确定性的主动配电网鲁棒优化调度研究

考虑源荷不确定性的主动配电网鲁棒优化调度研究

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作者：邓海晖东南大学

学位级别：硕士

主动配电网是提升可再生能源消纳率、提高用户侧供电质量的重要技术手段,然而随着主动配电网可再生能源的渗透率不断增加、负荷类型逐渐多样化,以及负荷需求日益增长,可再生能源和负荷的不确定性对配电网的安全稳定运行提出了挑战。另... 详细信息

主动配电网是提升可再生能源消纳率、提高用户侧供电质量的重要技术手段,然而随着主动配电网可再生能源的渗透率不断增加、负荷类型逐渐多样化,以及负荷需求日益增长,可再生能源和负荷的不确定性对配电网的安全稳定运行提出了挑战。另一方面,主动配电网接入的可控资源日益丰富,虽然较传统配电网调控方式更加复杂,但能进一步提升主动配电网对可再生能源的消纳潜力,缓解光伏和负荷不确定性对主动配电网的影响,保证配电网高效经济、安全稳定地运行。因此,本文对主动配电网的不确定性优化调度展开了研究。首先,阐述了鲁棒优化模型的基础理论,并对其在主动配电网中的应用进行了适应性分析。介绍了鲁棒优化的数学形式和常见不确定集合,且在两阶段鲁棒优化的基础上介绍并对比了三种求解算法。进一步,对于能够精确求解两阶段鲁棒优化模型的C&CG算法和Benders算法的子问题进行了分析讨论,指出了两种算法在大规模不确定变量上存在的局限性。此外,针对主动配电网的多时间尺度鲁棒优化,在仅考虑可再生能源不确定性时采用C&CG算法求解,在考虑源荷双重不确定性时采用提出的一种二阶锥规划-线性潮流方法求解,以解决C&CG算法难以适用多不确定变量的情况。其次,研究了基于高斯混合模型的光伏和负荷功率区间预测技术。采用长短期记忆神经网络对常见的三类负荷和三种天气下的光伏进行了功率预测,并分析光伏和负荷的预测误差,且按照预测精准度进行了分类。进一步,利用最大期望值算法求解高斯混合模型参数,并在一定置信水平下对光伏和负荷进行分类区间预测。通过对某地光伏和负荷预测的仿真算例表明,所提模型较其他多种单一分布模型具有一定优势,也能保证合理的区间覆盖率和区间平均带宽。然后,研究了考虑光伏出力不确定性的多时间尺度鲁棒优化经济调度策略。针对主动配电网中的可控资源进行了建模,包括分组投切电容器、可中断负荷、储能、分布式发电机、静止无功补偿器和分布式光伏。针对主动配电网的潮流约束,采用二阶锥规划进行凸松弛,并基于光伏出力区间预测结果在日前日内两个时间尺度上构建了计及光伏出力不确定性的多时间尺度两阶段鲁棒优化模型,其中日前优化阶段确定分组投切电容器等慢速调控设备,日内优化阶段确定分布式发电机等快速调控设备。通过改进的IEEE33节点算例验证了所提模型得到的最优决策具有强鲁棒性,保证系统在光伏和负荷的波动区间内安全稳定运行。最后,研究了考虑源荷双重不确定性的多时间尺度鲁棒优化快速求解策略。推导适应主动配电网的线性潮流,得到节点注入功率和节点电压的关系式。基于线性潮流,在确定性二阶锥规划松弛的潮流模型上添加节点电压和线路电流修正约束,构建基于二阶锥规划-线性潮流的鲁棒优化模型,并采用库恩-塔克条件转换鲁棒优化模型。通过改进的IEEE33节点算例验证了所提模型得到的最优决策能够有效缓解恶劣场景对主动配电网的安全稳定带来的不利影响。

关键词：主动配电网区间预测不确定性优化列和约束生成算法线性潮流

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汽车动力总成悬置系统的不确定性分析与优化研究综述

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汽车工程学报 2023年第2期13卷 146-158页

作者：吕辉郑泽滨杨坤黄晓婷上官文斌姜立标华南理工大学机械与汽车工程学院广州510641 重庆理工大学汽车零部件先进制造技术教育部重点实验室重庆400054 广州城市理工学院汽车与交通工程学院广州510800

在实际工程中,受测量、制造、装配、疲劳老化、工程经验、认知程度和系统复杂性等主观和客观因素的影响,汽车动力总成悬置系统(Powertrain Mounting Systems,PMS)不可避免地存在着一定的不确定性因素。相关不确定性情形主要概括为PMS参... 详细信息

在实际工程中,受测量、制造、装配、疲劳老化、工程经验、认知程度和系统复杂性等主观和客观因素的影响,汽车动力总成悬置系统(Powertrain Mounting Systems,PMS)不可避免地存在着一定的不确定性因素。相关不确定性情形主要概括为PMS参数信息充足的概率情形、PMS参数信息匮乏的非概率情形、系统部分参数信息充足而部分参数信息匮乏的概率-非概率混合情形。针对三大类不确定性情形下的汽车PMS研究,围绕不确定性建模、不确定性分析和不确定性优化等3个方面的研究方法进行了系统性的分析和总结,并指出了相关分析模型和研究方法的分析特点和适用范围等。对汽车PMS不确定性分析与优化方法的未来研究方向进行了展望。

关键词：动力总成悬置系统不确定性不确定性建模不确定性分析不确定性优化

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考虑多尺度不确定性的混杂复合结构振动特性分析及优化设计

考虑多尺度不确定性的混杂复合结构振动特性分析及优化设计

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第十四届全国振动理论及应用学术会议(NVTA2021)

作者：郭玉良彭翔王明博浙江工业大学机械工程学院

考虑微观材料属性、宏观复合结构尺寸参数等多尺度不确定性,实现了振动特性最优的混杂复合结构的铺层顺序与材料分布的协同优化设计。首先,基于微观的多材料属性的不确定性信息,通过多尺度RVE模型的不确定性传播分析,进行宏观材料属性... 详细信息

考虑微观材料属性、宏观复合结构尺寸参数等多尺度不确定性,实现了振动特性最优的混杂复合结构的铺层顺序与材料分布的协同优化设计。首先,基于微观的多材料属性的不确定性信息,通过多尺度RVE模型的不确定性传播分析,进行宏观材料属性不确定的精确表征;然后构建考虑多尺度不确定性的混杂复合结构振动特性优化分析模型,进行给定铺层顺序和材料分布下的振动特性不确定性分析计算;最后,使用第二代非劣解遗传算法(NSGA-II),将一阶振动频率最大化与频率间隙最大化作为优化目标,实现混杂复合结构的堆叠序列、材料混杂方式的协同优化。9层复合结构的优化实例结果表明,相较于单材料结构,优化后的混杂混合结构的振动特性改善了5.2%。

关键词：振动特性混杂复合材料多尺度分析不确定性优化铺层设计

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数据驱动的不确定性工程设计理论与应用研究

数据驱动的不确定性工程设计理论与应用研究

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作者：刘常青国防科学技术大学

学位级别：博士

不确定性对工程设计的过程和结果具有重要影响,并从根本上影响工程设计方法的演变和发展,但不确定性的普遍性、多样性和复杂性促使不确定性工程设计理论向更深入的方向发展。与此同时,在工程设计中往往需要处理各种各样的数据,人们在利... 详细信息

不确定性对工程设计的过程和结果具有重要影响,并从根本上影响工程设计方法的演变和发展,但不确定性的普遍性、多样性和复杂性促使不确定性工程设计理论向更深入的方向发展。与此同时,在工程设计中往往需要处理各种各样的数据,人们在利用数据处理不确定性方面的研究,尚有很多理论问题需要进一步解决。本文从研究不确定性和数据对工程设计重要影响的角度出发,提出了数据驱动的不确定性工程设计理论,并对其在工程设计中的应用进行了研究。本文的研究主要分为以下几个方面:首先,构建了数据驱动的不确定性工程设计理论的体系框架,包括一个中心、两个理论点和两个基本元素。其中,一个中心是数据驱动的不确定性设计理论;两个理论点是数据驱动的不确定性优化理论和数据驱动的不确定性决策理论,前者又是后者的基础;两个基本元素是数据科学基础理论和不确定性基础理论。其次,探索了数据驱动的不确定性优化的基础理论。对包含两层不确定性的优化模型进行了理论分析,给出了最优解的存在性定理和相应的Kuhn-Tucker定理;通过采用Neumaier云描述参数不确定性,提出了数据驱动的不确定性优化模型,和面向决策优化问题的主观工程知识耦合策略;研究了数据驱动的不确定性优化模型求解,提出了三种求解策略并设计了算法,提出了初始化建模原则和数据驱动的模型更新原则,分析了模型更新对最优解的影响。第三,探索了数据驱动的不确定性决策的基础理论。面向工程决策问题,建立了数据驱动的不确定性决策模型,阐明了优化模型和决策模型之间的关系;针对数据驱动的模型更新,提出了分部更新策略,并给出了具体的模型更新方法;以工程设计问题为背景,提出了数据驱动的不确定性决策应遵循的四个决策准则,对每个准则的工程内涵和数学基础进行了理论阐述。第四,提出了数据驱动的不确定性设计理论。对比了过程式工程设计和即兴式工程设计两种范式的特点;提出了多维非数值数据转化为数值数据的张量表示定理,在不损失信息的前提下实现了数据形式的统一;分析了数据和知识在工程设计各个阶段中的作用变化,论证了数据对于工程设计所起到的驱动性作用;最后,完整的提出了不确定性条件下基于决策表述的工程设计理论框架。第五,理论的应用研究。将提出的数据驱动的不确定性设计理论应用于AIS小卫星任务设计中,根据想定的任务设计要求,构建了设计数据库与设计知识库,对设计前期的轨道确定、设计目标和设计约束建模,和设计中期的总体方案设计、电源分系统设计进行了研究,并对设计方案进行了评价和分析。总之,本文对数据与不确定性在工程设计中的作用进行了研究,提出了数据驱动的不确定性工程设计理论,初步建立了一个比较完整的理论框架,同时将其应用于AIS小卫星任务设计中,为该理论的深入发展奠定了良好基础,为其在其他领域的应用提供了有益借鉴。

关键词：数据驱动 Neumaier云工程设计不确定性优化船舶自动识别系统小卫星设计

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