[发明专利]一种基于序列协同优化的风电齿轮箱多学科可靠性设计优化方法

说明书

本发明公开了一种基于序列协同优化的风电齿轮箱多学科可靠性设计优化方法；其包括构建多学科可靠性设计优化模型，引入协同优化，对风电齿轮箱进行不确定分析并引入序列优化进行可靠性分析，构建基于序列协同优化的多学科设计优化模型并将其工程应用于风电齿轮箱，构建基于序列协同优化的风电齿轮箱多学科可靠性设计优化模型，实现对风电齿轮箱进行多学科可靠性设计优化。本发明通过将多学科设计优化理论、协同优化理论以及序列优化理论相结合，解决了使用协同优化时，不确定因素的考量会使得兼容性约束变得复杂，系统级优化非线性特征增加从而导致设计结果不准确问题，从而满足风电齿轮箱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，尤其涉及一种基于序列协同优化的风电齿轮箱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)是在上世纪八十年代兴起随后率先应用于航天技术领域的一项新兴技术。该方法可以充分考虑各个学科之间的相互作用和耦合，以获得复杂系统的整体最优设计方案。同时，多学科设计优化可以缩短设计周期并降低开发成本。

通常，多学科设计优化可以分为两类：单级和多级。在前一种类型的MDO中，优化器仅在系统级别执行。每个学科都可以专注于特定学科问题的分析，而无需执行优化。多级优化过程将复杂系统的优化问题分解为一系列的多个子系统的优化问题。然后，它通过关联机制协调子系统之间的耦合信息。与单级优化过程相比，多级优化过程具有许多优点：(1)将复杂系统的优化问题分解为几个设计尺寸较小的子系统的优化问题；(2)子系统的划分有利于工程专家的知识，经验和创造力的应用；(3)可以充分利用多处理器和分布式软硬件条件。

因此，协同优化作为一种多学科设计优化方法得到广泛应用。在实际风电齿轮箱工程结构问题中不确定是大量存在的。因此，在多学科设计优化中必须考虑不确定信息。但是，在使用协同优化时不确定信息的考虑，会使得兼容性约束变得复杂，使得协同优化算法的系统级优化具有附加的非线性特征。从而增加问题的复杂性，导致设计结果的不准确，无法满足现代风电齿轮箱机械产品高可靠性的要求。

发明内容

本发明的发明目的是：为了解决使用协同优化时，不确定因素的考量会使得兼容性约束变得复杂，系统级优化非线性特征增加等问题，本发明提出了一种基于序列协同优化的风电齿轮箱多学科可靠性设计优化方法。

本发明的技术方案是：一种基于序列协同优化的风电齿轮箱多学科可靠性设计优化方法，包括以下步骤：

S1、针对复杂风电齿轮箱工程结构构建考虑不确定性的多学科可靠性设计优化模型；

S2、为解决不同学科之间的耦合关系，每个学科的设计，分析和优化不能独立进行，引入协同优化；

S3、对风电齿轮箱进行不确定分析并引入序列优化，使用基于子集仿真的可靠性分析方法进行可靠性分析；

S4、构建基于协同优化与序列优化的多学科可靠性设计优化模型并将其工程应用于风电齿轮箱，构建基于序列协同优化的风电齿轮箱多学科可靠性设计优化模型，实现对风电齿轮箱进行多学科可靠性设计优化；

进一步地，所述步骤S1针对复杂风电齿轮箱工程结构构建多学科可靠性设计优化模型，具体为：考虑各种不确定性因素，并将各种不确定因素视为随机变量，建立伴随随机变量的多学科可靠性优化设计模型，表示为：

s.t.g_i(d_s,d_i,Y_·i)≤0,

h_i(d_s,d_i,Y_·i)＝0,

DV＝{d_s,d},i＝1,2,...