[发明专利]不确定因素相关的四辊轧机多学科可靠性设计优化方法

说明书

本发明公开了一种不确定因素相关的四辊轧机多学科可靠性设计优化方法；其包括构建四辊轧机多学科设计优化模型，构建四辊轧机中不确定因素相关的量化模型，构建不确定因素相关条件下的四辊轧机多学科设计优化模型，将相关不确定因素转换成独立的不确定因素并计算可靠性，构建不确定因素相关条件下的四辊轧机多学科可靠性设计优化模型，实现对四辊轧机进行多学科可靠性设计优化。本发明通过将超椭球理论、可靠性理论以及多学科设计优化理论相结合，解决了传统设计方法中人为忽略不确定因素之间的相关性从而导致设计结果不准确，从而满足复杂机械产品高可靠性的要求。

技术领域

本发明属于机械产品的多学科设计优化技术领域，尤其涉及一种不确定因素相关的四辊轧机多学科可靠性设计优化方法。

背景技术

多学科设计优化(Multidisciplinary Design Optimization，简称MDO)是当前国际上飞行器设计方法的一个最新、最活跃的领域。多学科设计优化是一种充分探索和利用工程系统中的相互作用的协同机制来设计复杂系统和子系统的方法，其基本指导思想是利用合适的优化策略组织和管理优化设计过程，通过分解、协调等手段将复杂系统分解为与现有工程设计组织形式相一致的若干子系统，对复杂系统进行综合设计，以达到缩短设计周期、降低开发成本、提高产品竞争力的目的。

传统的MDO是“确定的”MDO，即载荷、设计变量和参数、目标函数、约束条件和仿真模型等均为确定性的。然而在实际工程中，不确定性因素广泛存在于复杂耦合系统的整个生命周期中，如载荷、材料属性、零件的几何尺寸和操作条件的变化，以及建立数学模型时所作假设带来的不确定性等等。目前对不确定性的研究主要集中在随机不确定性和认知不确定性两大类。随机不确定性是由于系统和环境中的各种随机因素而产生的，例如一批零件的几何尺寸、一批材料的特性(如弹性模量、许用应力等)通常都不是一个定值，而是在一定范围内变化。认知不确定性则是由于人们的知识不足或信息不完全而产生的，例如在复杂产品的设计过程中(尤其是在设计的早期阶段)，设计者对用户需求、载荷环境、结构及机理等不可能完全掌握，导致在设计时复杂产品的设计参数、载荷(外力)、仿真模型等都具有一定的不确定性。

当上述不确定性因素存在相关性或者某种制约关系时，则必须考虑到不确定因素的相关性对优化结果产生的影响。在传统的机械设计中，往往假设各不确定因素之间是独立的，例如轴系零件设计变量的载荷、强度等存在程度不同的相关性；对于复杂机械系统的设计一般为了减少计算量都进行简化等效，对于外形复杂的机架进行简化等效后，其在设计尺寸上以及几何空间上等产生的不确定的因素必然存在一定的相关性。所以忽略不确定因素之间的相关性，将会导致设计结果的不准确，无法满足现代复杂机械产品高可靠性的要求。

发明内容

本发明的发明目的是：为了解决传统设计方法中人为忽略不确定因素之间的相关性而导致的设计结果不准确等问题，本发明提出了一种不确定因素相关的四辊轧机多学科可靠性设计优化方法。

本发明的技术方案是：一种不确定因素相关的四辊轧机多学科可靠性设计优化方法，包括以下步骤：

S1、以四辊轧机作为优化对象，将四辊轧机进行学科划分，构建四辊轧机多学科设计优化模型；

S2、根据四辊轧机中不确定因素的相关性，构建四辊轧机中不确定因素相关的量化模型；

S3、将步骤S2中构建的四辊轧机中不确定因素相关的量化模型作为约束条件添加到步骤S1中构建的四辊轧机多学科设计优化模型中，构建不确定因素相关条件下的四辊轧机多学科设计优化模型；

S4、将相关不确定因素转换为独立的不确定因素，计算变量独立的性能函数可靠性；

S5、根据步骤S3中构建的不确定因素相关条件下的四辊轧机多学科设计优化模型及步骤S4中计算得到的变量独立的性能函数可靠性，利用可靠性优化设计方法构建不确定因素相关条件下的四辊轧机多学科可靠性设计优化模型，实现对四辊轧机进行多学科可靠性设计优化。