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[硕士论文] 梁周雁
大地测量学与测量工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:基于点云的曲面建模技术在智慧城市、虚拟现实和逆向工程等领域具有广泛的应用,但建模过程仍存在很多困难,表现在点云数据中存在大量的噪声,噪声数据会影响点云局部特征的计算结果;海量的点云数据会影响曲面重建的效率;点云之间缺乏拓扑信息和明显的边界特征,而且物体表面曲率变化大,无法通过提取特征线的方法构建三维模型。本文以复杂曲面物体的点云数据为研究对象,研究其建模过程中的关键技术。
  针对原始点云数据中存在的大尺度噪声,研究基于统计分析的去噪方法。并针对均匀网格算法在简化点云时造成主体点云细节丢失的局限性,提出一种基于曲率特征约束的点云精简法。采用局部曲面拟合法计算点云的曲率,设置曲率阈值将点云划分为平坦区和陡峭区,在此基础上采用均匀网格法进行精简。
  针对传统ICP算法依赖较好的初始位置的局限性,研究基于法线特征的粗配准方法,首先采用局部表面拟合法估计点云数据的法线,在此基础上计算点云的FPFH特征,然后采用随机采样一致性算法进行点云初始配准。最后通过建立KD-Tree加快对应点的搜索效率,并设定法向量阈值去除错误对应点对ICP算法进行改进。
  针对点云网格重建过程中自动化程度低、精度差的问题,研究基于Crust算法的曲面重建方法。首先计算点集的Voronoi图,并在此基础上进行Delaunay三角剖分。然后对最佳三角形进行筛选,通过相邻两个四面体中心的距离求解交叉系数,并与初始阈值进行比较,最终构建出完整的三角网格。
  实验结果表明,基于统计分析的去噪法和基于曲率特征的精简法可以获得纯净的点云数据;基于法线特征的粗配准算法可以为待配准点云提供较好的初始位置,改进的精配准算法提高了配准的效率和精度;基于Crust算法的曲面重建方法自动化程度高、效率高,生成的三角网精度高。
[博士论文] 冯威
仪器科学与技术 中国科学技术大学 2018(学位年度)
摘要:作为现代工业技术最根本的技术之一,测量技术的发展(主要是精度、效率、适用性)往往决定制造业成长的前景和上限。随着制造手段以及加工方法的进步,人们对测量速度以及精度要求越来越高,传统的接触式测量方法在很多场合下已经无法满足测量的需要。随着图像采集系统、计算机硬件处理能力以及图形图像处理算法的快速发展,基于视觉系统的测量技术已经逐渐兴起,成为传统接触式测量技术的重要补充,且由于该技术拥有抗干扰能力强、非接触式测量、测量环境适应性高、测量精度高以及轻易实现全场测量等优势已经广受关注。
  基于视觉的测量技术以光学成像系统为基础,融合了计算机图形学,图像识别与跟踪,光电子学等现代技术,通过对二维图像的处理和分析得到需要的测量信息。图像测量技术目前被广泛应用于智能交通、无人工厂、产品质量检验等各个领域。本文以高速摄像系统作为研究工具,对高速视觉系统硬件结构以及测量算法进行了深入研究,并且针对特定情况提出了一系列快速可靠的单点位移提取算法以及全场位移测量方法。
  本文首先介绍了图像测量的研究背景以及研究意义,并对本文所使用的高速摄像系统进行了详细的介绍,并对不同硬件下适用的场景进行了分析。本文同时介绍推导了光学成像原理以及光学畸变的形成与校整。对常用的基于模板匹配的单目标快速位移提取算法进行了简单介绍,并根据实际的工程应用对算法进行相应的调整,以达到测量要求的精度和实时性。相应的算法被使用在高速摄像测量系统中,能精确且实时地完成机械振动的提取,本文以立柱撞击以及叉车方向盘系统振动测量为例验证了该测量系统在实际应用中的有效性。
  本文接着介绍了基于数字图像相关的全场位移测量方法。传统的基于牛顿法的数字图像相关算法具有资源占用率高,计算效率低等缺点,针对这一现象,本文提出了基于粒子群优化的迭代算法对相关函数进行求取最优解,提高了计算效率。而基于图像灰度梯度的全场位移计算方法虽然在计算速度上有很大的优势,但由于其对光照变化敏感且在出现较大位移时拥有较差的计算精度。本文针对这一问题对基于光流法的全场位移测量方法进行了改进,包括使用最可靠搜索策略来快速且精确地获取亚像素精度的初始匹配点、强调待求像素点而对方程组中所有方程附以权值并结合加权最小二乘法进行求解、使用上采样迭代思路的光流法等等,使得计算精度大大提高且保持原有的计算速度优势;同时本文还使用基于可靠性搜索的多线程计算方法来解决位移场突变的问题(如断裂)。所提出的相关算法均使用仿真产生的模拟散斑图以及DIC Challenge散斑图像集进行测试,测试结果表明本文提出的相关改进方法对大部分随机散斑图均拥有很高的计算精度以及计算效率,拥有巨大的实用价值。
[博士论文] 杨景豪
机械电子工程 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:视觉测量技术因具有非接触、效率高、全域信息获取等优点,已被广泛应用于几何量的测量,而高精度高效标定是视觉测量系统准确快速测量的基础。然而现有的视觉测量系统标定方法面向大视场标定时标定效率低,适用性不强;同时在现场环境下大视场标定误差大,环境适应性差;此外,现有方法在进行大视场测量系统在线校准时存在校准精度低,校准效率低,校准方法鲁棒性不高等问题。随着我国视觉测量技术的快速发展,对大视场视觉测量系统标定方法的要求愈发严苛。因此,如何在大视场下实现视觉测量系统高效高精度标定是当前视觉测量领域亟待解决的问题,发展具有良好环境适用性的大视场视觉测量系统标定方法具有十分重要的意义。
  本文以“保证标定效率,确保标定精度,提高标定鲁棒性”为目标,针对目前依然影响大视场标定方法进一步发展的关键性技术难题,提出了大视场视觉测量系统标定方法,涵盖适用性范围广的大视场视觉测量系统参数快速标定方法,适用于现场环境的大视场视觉测量系统参数高精度标定方法,以及高精度高效的大视场测量系统参数现场在线校准方法等,具体研究内容如下:
  (1)针对现有标定方法在大视场下标定效率低、适用性不强的问题,提出了基于场景信息约束的大视场测量系统快速标定方法。依据现场环境中平行线等场景特征信息,揭示了垂直平行线等场景信息与测量系统参数间的关联关系,建立了正交消隐信息与测量系统参数间的线性约束,实现了测量系统参数快速标定;构建了测量系统畸变修正指标函数,形成了基于共线约束的相机畸变标定方法,消除了标定图像失真对标定精度的影响。实验结果表明:本文提出的基于场景信息约束的大视场测量系统快速标定方法仅利用一张图像即可标定出测量系统参数。与广泛使用的张氏标定法相比,标定耗时减少了80%,标定效率提升明显,且无需依赖高精度标定物,标定精度满足一般测量系统标定需求,具有较强的系统适用性,在保证一定标定精度的基础上,提升了标定效率。
  (2)针对现场环境因素对大视场标定精度影响较大的问题,提出了基于正交运动补偿的大视场视觉测量系统参数高精度标定方法。揭示了特征点运动正交度误差对标定精度的影响规律,发现在1°的正交误差范围内,标定误差最大增加0.3%;在此研究的基础上,建立了特征点运动正交度与相机内参数间的关联模型,分别提出了基于正交度补偿与基于任意角度平移的相机内参数标定方法,最终形成了虑及环境干扰的测量系统内参数高精度标定方法;建立了质心变换模型,构造了测量系统参数偏差函数,提出了基于质心变换的测量系统全局参数标定方法,消除了内参数标定误差对最终标定精度的影响,提高了现场环境下测量系统标定精度与鲁棒性。该方法在5m×8m测量视场下,系统标定误差仅为0.09%。相较于传统无正交度补偿的标定方法,标定误差降低了61%,且环境适应性强。
  (3)针对强振动等现场随机干扰致使测量系统标定参数精度下降的问题,提出了多约束信息融合的大视场测量系统现场校准方法。分析了现场环境因素对测量系统校准物精度的影响,构造了互参考信息指标,建立了系统参数校准偏差指标函数,提出了基于互参考信息的测量系统参数快速校准方法,提高了校准效率,消除了校准物精度下降对校准结果精度的影响;同时针对大视场下校准物尺寸与校准视场范围难以匹配导致校准精度下降明显,景深方向误差较大的问题,建立了全域三维信息深度融合函数,提出了基于全域三维信息的测量系统参数全视场在线高精度校准方法。实验结果表明:本文提出的校准方法校准误差仅为0.09%,仅需五张校准物图像。相比于传统的张氏校准方法,该方法校准误差降低了22%以上,校准所需图像减少了66%,校准效率提高了50%以上,打破了视场范围与标定物尺寸之间的界限,解决了现场干扰致使标定物精度下降的问题。
  最后,利用所提出的大视场视觉测量系统标定方法,在不同测量环境下进行了标定与校准实验,对本文提出的大视场视觉测量系统标定方法环境适用性进行了验证。实验结果表明,本文提出的大视场视觉测量系统标定方法具有良好的环境适用性,能够实现不同环境下测量系统参数高精度高效的标定与校准。
[博士论文] 张红英
精密仪器及机械 合肥工业大学 2017(学位年度)
摘要:重大装备制造是事关国家经济安全、国防安全的战略性产业,其发展水平决定了一个国家装备制造业的核心竞争力。“超大尺寸测量”技术则是发展重大装备制造业的关键支撑技术之一。超大尺寸测量存在以下特点和难点:因待测点分布范围广且不规则,测量精度要求也不尽相同,故要求测量网络构建方法柔性易扩展;难以快速精确瞄准超大物体上的待测点;大空间的环境状态难以控制,所以测量精度易受环境因素影响。国家自然科学基金资助项目“基于无线传感网络引导的高精度超大空间坐标测量网络构建关键技术”(项目编号51275149),正是针对上述难点研究建立全新的超大尺寸测量系统构建理念体系,以促进中国超大尺寸测量技术快速发展。该项目拟利用激光测距量程大、精度高的优点及无线传感网络定位无方向性的特点构建低成本、高精度、自动化、易扩展的超大空间坐标测量网络。
  本学位论文围绕构建超大空间坐标测量网络所需的硬件——标靶基站及实现“低成本、高精度、自动化、易扩展”的测量网络构建目标展开了研究,主要工作内容及创新性成果如下:
  1.研究并设计了满足快速精确瞄准要求的标靶基站
  使测量网络直接瞄准待测点存在诸多问题。为此,提出了将待测点与标靶基站上合作标靶的特征点相关联,进而通过测量特征点坐标间接确定待测点坐标的测量方法。并对标靶基站的整体结构方案进行了研究,选用测量模型较为简单的球形标靶设计了便携式标靶基站,提出了利用多面体标靶直接获取三维姿态信息,并完成了相关的数学建模,设计了可自动修正姿态误差的移动式标靶基站。
  2.研究了满足非规则分布待测点、非等精度测量需求的测量网络柔性构建方法
  针对待测点分布不规则、坐标测量精度要求不相等的测量任务,提出了精度自适应的布站方法,使得构建测量网络所需的测量基站数量最少;为标定共面安装的测量网络,提出了模拟基站辅助自标定方法:通过在远离测量基站安装面的位置上布置模拟基站,并用模拟基站和部分测量基站组建临时测量单元的方式,来提高测量网络自标定精度。
  3.研究了自动瞄准方法并研制了相应软件
  使用模拟基站辅助自标定的方法确定各测量基站测距起点的坐标时,需使测量基站瞄准模拟基站上球形标靶的中心点,并使主动基站瞄准被动基站的标靶板中心点;使用移动式标靶基站测量待测点坐标时,需使测量基站瞄准多面体标靶测量面的中心点。为此,根据合作标靶及标靶板的形状特点研究了关于球形标靶、多面体标靶及标靶板的自动瞄准方法。
  4.构建了超大空间坐标测量网络实验系统,完成了相关验证实验。
  为验证所提出的测量网络瞄准方法及柔性构建方法的效果,分别构建了相应的实验系统并编写了相关软件,最终完成了各验证实验。实验结果表明,所提方法是可行和有效的。
[硕士论文] 林建欣
计算机技术 郑州大学 2017(学位年度)
摘要:在工程设计行业,二维CAD绘图作为设计人员的主要工作方式经过多年的应用已经充分发展成熟并将个人工作效率提升到了极致,下一步的发展模式必然是提升涉及多个专业的整个设计团队的工作效率,协同设计应运而生。二维协同设计是指设计单位内设计部门间、设计各专业间或者一个项目的不同设计单位之间,在一定的软件平台上,进行配合工作。
  论文对二维协同设计在建筑设计院的应用进行了研究,基于某设计院实际情况及需求设计开发了一套内嵌于CAD的二维协同设计平台。系统主要功能如下:
  (1)实现图纸的标准化设计。根据公司制定的《工程设计CAD统一制图标准》将各专业的图层、字体、线型、命名标准内置于模板中,设计人员通过系统新建图纸后自动创建标准化模板,解决了设计人员自行创建图层、字体、线型的随意性和不一致性。实现了本专业不同设计人员间图纸的便捷调用。
  (2)实现多专业间的协同设计。在实现图纸标准化的基础上,各专业间互体资料可以便捷的一键生成条件图,其他专业可以便捷的以上游专业图纸为底图进行外部参照设计,上游专业图纸有变更的情况下更新外部参照图纸即可,避免了原设计模式中因通知不到位造成的上游专业已变更,下游专业不知道的尴尬情况。
  (3)实现了过程记录资料的电子化。互提资料、校对审核等环节可自动收集创建相应的过程记录,其他的开工报告、专业统一技术决定等过程记录系统内置好模板,相关人员直接在模板上填写并发起相应的审批流程,完成后自动进入电子资料袋,解决了之前贯标过程中的“两张皮”问题(资料袋后补问题),提升了图纸设计质量。
  (4)实现了与档案系统的对接,归档便捷化。归档入口直接嵌入平台,使设计人员在一个平台上即可完成从设计到归档的全过程操作,研发和集成了图纸版本比对技术、冲突自动消解技术、图纸自动拆分归档技术、DWG无损转TIF格式等多种技术,归档更快捷高效。
  基于CAD的二维协同设计平台在机械工业第六设计研究院有限公司全面推广后,将设计人员从大量的签字、开会沟通、归档等体力劳动中解放出来,大大提高了工作效率,降低了成本,提高了设计质量,更是全面提升了信息化水平和应用效果,提升了企业形象,满足了设计院的迫切需求。
[硕士论文] 周茂伦
测绘工程 山东科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着信息化时代的快速发展和“数字城市”概念的提出,如何快速、准确地获取三维地理信息成为推动“数字城市”建设的重要问题。车载激光扫描系统成功的研制为这一问题的解决提供了一种有效的手段,该设备已经在数字城市建设、交通管理以及地籍调查等多个领域广泛应用。
  车载移动测量系统在获取空间三维信息数据方面具有效率高、信息量大、描述丰富等特点,现在已经应用到测绘行业多个领域,车载移动测量系统的定位精度成为研究热点。
  本文在现有国内外对移动测量系统检校技术研究的基础上,分析了工业测量方法在车载测量系统中对单体传感器标定和系统整体标定检校中的应用,高精度标定出初始的传感器之间的转换参数,研究了车载移动测量的系统误差来源,分析误差的影响规律以及室外球面检校场的建立,设计后续的精度评定实验,验证所提出的球面检校模型的可靠性与可行性。
[硕士论文] 钱帅宇
力学;固体力学 东南大学 2017(学位年度)
摘要:随着我国经济和科技的快速发展,工程建设的规模日益扩大,为了满足越来越多的大型结构、桥梁的现场测量需求,需要土木工程实验技术的不断创新和发展。应变片、位移计、百分表等传统的测量方法受到测量条件的限制,往往只能获得单点单方向的近似变形量,而数字图像相关方法作为一种全场、非接触的光学测量方法,可以反映试件全面的变形情况。但是针对工程中的大型构件、无法接近的桥梁等情况,普通的三维数字图像相关技术面临着标定困难、精度不够高等问题。因此本文以工程应用为目标,采用了基于散斑自标定的三维数字图像相关系统,对该系统的基本原理、硬件搭建、测量精度等进行了研究分析,能够符合工程测量的实验需求。将自标定数字图像相关系统应用到木结构变形、大型罐体跌落等工程实验中去,测量参数包括测量点追踪、三维位移、全场应变等。
  为了实现在工程现场的远距离测量,本文搭建了一套基于自标定数字图像相关方法的图像采集系统,给出了系统硬件的设备参数和布置方案。阐述了三维数字图像相关的基本技术以及利用散斑图像匹配自标定相机外参的核心原理,比较了自标定方法相对于标定板标定的优点。
  将测量精度分为位移和应变两方面,通过设计精度验证实验,对搭建的自标定数字图像相关方法的测量精度进行研究。以加载位移为参考,自标定数字图像相关系统面内位移的精度可以达到0.3%,离面位移精度可以达到0.6%,与同时进行测量的普通三维数字图像相关系统精度基本一致。对于应变测量精度,在测量同一个四点弯梁变形时,结果表明两套数字图像相关系统的平均相对误差为4%,绝对误差在50με以内,同时与应变片测量相对误差约为6%,可满足工程测量的要求。
  针对结构的远距离变形测量需求,将自标定数字图像相关系统运用到木结构榫卯节点抗拉性能实验中,实现了对几种不同加固形式的木结构榫卯构件的全场动态变形测量。实验得到了构件全场的变形场,追踪测点在实验过程中的位移,与位移计的相关数据相吻合,绘制了结构的弯矩-转角曲线,为木结构加固提供实验依据。
  自标定数字图像相关是实现大视场测量的有效途径,运用该系统对球墨铸铁高完整性容器的自由下落及碰撞地面过程进行监测,得到了该大型容器跌落瞬间表面的全场位移和应变情况,并与利用动态应变仪获得的测点应变值进行对比,在碰撞点附近和罐体母线方向的测量结果相吻合,获得了容器在受冲击情况下的力学性能,为工程实际测量提供了可靠的手段。
[硕士论文] 侯田平
机械工程 华北理工大学 2017(学位年度)
摘要:几何参数测量是机械产品质量检测的重要内容,是保证产品质量的重要手段。测量精度以及测量效率的高低直接影响着生产效率,随着生产方式的发展和进步,需要测量仪器及测量系统能够实现高精度和高效率结合,使之能够满足现代工业检测的需要。由于机械制造业和钢铁行业的迅速发展,冶金锯片的应用越来越广泛,对锯片的各项性能要求越来越高。锯片的几何参数是锯片性能的重要指标之一,传统测量方法的精度和效率都较低,难以对产品质量进行严格保证,有必要针对锯片的几何参数设计一台专门的测量仪器,提高锯片几何参数的测量效率。
  通过对锯片几何参数作用的研究,构建了锯片几何参数的测量方案,对测量系统的机械结构进行了设计,设计了锯片固定装置、工作台、支架和立臂等机械结构,为锯片的测量工作提供了硬件系统和设备的支承;根据锯片的几何参数测量精度的技术要求,选用了合适的图像传感器和图像采集卡;根据锯片的特点和几何参数的特性,研究了照明系统,进行多组实验设计了合理的照明系统方案;基于LabVIEW开发了测量软件,完成了图像的采集、图像处理、图像特征提取和几何参数的测量等工作。最后,进行了实验对测量结果对比,验证了测量系统的精度和可靠性,结果表明了测量系统的可靠性。
[硕士论文] 丛佳男
大地测量学与测量工程 山东科技大学 2017(学位年度)
摘要:网络RTK在的工程测量过程中极其重要的作用。在实际测量中经常会遇到环境因素对信号的遮挡,造成定位精度下降,本文利用泰安市高新技术开发区的大量实测数据,针对建筑物附近、树木以及高压线下等因素,做了大量实验[1],主要研究容如下:
  (1)选择泰安市一天门大街道路单侧树林测区,对树木下、树木旁、树林中三个环境下的实验研究,对这三种环境下测量数据的内外符合精度的对比,得出结论。当在树木下测量时,初始化一段时间内只能获得浮点解或者差分解,平面精度均大于0.2m,随着时间推移,卫星运动模糊度被确定,随后的一段时间内根据内外符合精度分析得,平面方向可以控制在3cm左右,高程5cm左右,满足一般工程测量要求。当在树木旁边测量时随着距离的增加,观测点受影响程度逐渐降低。在树林中,很难测得固定解。主要为单点解,平面误差上升至米级,不满足一般工程测量需要求。
  (2)通过研究建筑物对测量结果的影响实验分析。得出了在只有一侧有建筑物的情况下,接收机与建筑物顶端的连线与建筑物所成夹角是影响定位精度的关键,当夹角小于9.5°时,无法获得可靠观测解;在两侧都有建筑物的情况下,特别的,当建筑物高度大于两建筑物距离2倍关系时,这个观测角度应至少保证在15°以上,才能保证精度可靠稳定。
  (3)通过研究高压线下对网络RTK的影响,点位误差统计分析得出结论。第一,高压线对定位的影响程度要小于建筑物遮挡与树木遮挡,即使在高压线下固定解精度仍可保持在平面3cm左右,高程5cm左右,但在正午期间这个精度要相对较低。第二,通过数据分离发现固定解也分等级,正午期间的固定解平面均在3-4cm之间而早晨与傍晚时分固定解平面精度均在0-3cm之间,所以在高压线下测量时为保证高精度应尽量避免在正午期间观测。
[硕士论文] 陈立明
机械工程 湖南大学 2017(学位年度)
摘要:敏感性分析是一种研究系统模型的输入变化对输出变化的影响的有效分析技术,它能够筛选出重要的设计变量,过滤掉对系统输出影响很小甚至无影响的设计变量。由于它能对系统模型进行诊断和预估,在许多学科中敏感性分析是优化、建模、不确定性分析和可靠性分析的重要前提。依据研究范围的不同敏感性分析可分为局部敏感性分析方法和全局敏感性分析方法。局部敏感性分析方法是研究单个设计变量微小的变化后引起系统响应的变化程度,主要包括有限差分、直接微分法、变量摄动法和伴随敏感性分析法等。局部敏感性分析方法仅适用于设计空间较小且呈线性单调的模型。全局敏感性分析的是在设计空间内,每个设计变量同时变化时对系统响应的影响程度。该方法不仅能允许多个设计变量同时变化,且对设计变量的设计空间和系统模型并无限制,因此比局部敏感性分析方法具有更广泛的应用。
  全局敏感性分析主要包括偏置相关系数法、Morris过滤法和基于方差的全局敏感性分析等。对于实际的工程问题,用全局名感性分析方法求解敏感性系数时,往往涉及到高维积分的求解,传统的方法是通过蒙托卡罗或者拟蒙脱卡罗采样方法对高维积分进行近似求解。这种近似求解的方法结果的稳定性与样本的数目息息相关,常需要耗费大量的计算成本来获得足够多的样本以达到精度要求。当设计维度较高时,计算成本的问题变得更加严重。为了克服上述问题,本文将同伦响应的微分同胚调制算法(Diffeomorphic Modulation Under Observable Response Preserving Homotopy,D-MORPH)与随机采样的多参数解耦模型方法(random sampling high dimensional model representation,RS-HDMR)进行结合,用于高维问题的建模,并实现高维问题的全局敏感性分析。该方法的优势在于避免了高维积分的求解困难,节约了样本点并能获得可靠的敏感性分析结果。本文开展和完成的研究工作如下:
  (1)在给定具有不同性质的训练样本和系统的条件下,对比了典型代理模型包括克里金、径向基函数、最小二乘支持向量回归和多参数解耦模型在处理高维问题的中的精度。依据问题的具体信息,比如样本尺寸大小、白噪声的有无以及高维系统模型内部变量的耦合的强弱等条件,确定性能最优的代理模型技术。
  (2)基于D-MORPH回归算法和RS-HDMR方法研究了一种高效的全局敏感性分析方法,能够高效准确地评价复杂的高维系统模型中设计变量的敏感性。该方法运用RS-HDMR代理模型技术将高维问题转化为低维子项的和,忽略变量之间的高维耦合作用,进而实现了维度缩减。利用正交多项式对HDMR中的子项进行近似,使得高维积分的求解能够快速有效地进行,得到更加精确的全局敏感性系数。D-MORPH回归方法的引进能够获得RS-HDMR展开式中待定系数的稀疏解。相对基于常规代理模型技术的全局敏感性分析,基于D-MORPH-HDMR的全局敏感性分析方法能够在更小的样本条件下得到正确的敏感性分析结果。
  (3)将该全局敏感性分析方法应用到4个具体的工程算例,分别是L-型复合材料件的固化回弹分析、变刚度复合材料圆柱壳的屈曲性能分析、汽车上弯梁包络和客车车架的结构性能分析。结果表明基于D-MORPH-HDMR的全局敏感性分析方法能正确有效地得出敏感性分析结果,识别出对结构响应影响较小的设计变量,为后续的优化工作提供了指导。
[博士论文] 曹志勇
材料加工工程 华中科技大学 2017(学位年度)
摘要:工程中的建模问题,例如大尺寸U型折弯件的弯曲回弹模型,齿轮坯预锻件模型,氧化石墨烯复合有机涂层厚度模型的构建及优化是一些非常复杂的问题。这些模型都呈现出一些共性问题,即特征变量较多且模型具有高度复杂的非线性特性,其无法通过简单的函数模型来描述。实际工程中往往应用反复试错的经验法或有限元(FEM)法来模拟计算这些工程模型,尽管计算机性能日新月异,但是复杂模型的FEM计算仿真分析仍然非常耗时。因此,在实际工程中,如何采用一种通用的解决办法,即用近似(压缩)模型来替代这种耗时昂贵的仿真模拟就显得非常必要。
  元模型方法通过构造近似简化模型以代替复杂昂贵的仿真目标模型,在工业界得到了普遍应用。但是,传统的元模型构建方法大多是基于梯度的数学解析方法,其时间成本仍然较高。元模型技术的最新发展主要体现在与机器学习方法的融合上,而到目前为止,鲜有将特征变量降维和元模型技术进行有效结合的研究。因此,本研究主要通过特征变量降维技术来构建并优化极限学习机(ELM)、BP神经元网络(BPNN)和支持向量机(SVM)/支持向量回归回归(SVR)等机器学习元模型,在尽可能保证目标模型精度的情况下,使计算迭代时间得到了大大减少。
  高斯过程隐变量模型(GPLVM)是一种非常有潜力的特征变量降维技术,但是由于该模型只考虑到观察样本本身而没有考虑到样本的回归约束条件,其泛化能力在实际应用中显得不足。鉴于此,我们提出了一种改进的回归约束-高斯过程隐变量模型(R-GPLVM),该模型以观测空间的相关回归信息为约束拓扑,克服了原GPLVM模型预测和泛化性能不足的缺点,且非常适合高维数据的小样本。回归分析实验表明R-GPLVM在多种维度空间的表现均优于原GPLVM模型。另外,由于机器学习元模型的精度主要依赖模型训练数据的精度,而生成精确的训练数据集的代价是高昂的。因此,本研究首次将R-GPLVM降维方法应用到各种机器学习元模型的构建中,并从以下两个方面改进了原机器学习元模型,第一,有效降低了生成精确的训练数据集所需的样本维度和时间维度,大大降低时间成本;第二,建立了有效的ELM,SVM/SVR,BPNN等机器学习元模型,并获得高保真的输入变量和高泛化、高预测性能的元模型。
  本文第1章,介绍了课题的目的和意义、特征变量筛选和提取的降维方法,并介绍了变量保真元模型和多目标优化技术;第2章,详细介绍了R-GPLVM目标泛函的构建过程,使用转换共轭梯度(SCG)法推导了最大化观测数据的后验概率,以输出最优的隐变量与超参数。另外,文中利用平均影响值(MIV)改进的SVR,减少了原分支界限(BB)筛选算法的搜索时间,并且,基于二次ε-SVR,提出了改进的递归核矩阵SVR方法,并部署到BB枚举算法中,以筛选出最优的特征子集,该方法大大节省了迭代收敛计算量,并且仍能保证模型的精度;第3章,介绍了变量保真元模型的基本概念,并基于SVM的推导方法,推导出了最小二乘支持向量机(LSSVM),且在单目标LSSVM的基础上对多目标LSSVM进行了推导。最后利用多输出LSSVM构建了高保真变量(HF)和低保真变量(LF)之间的转换函数,并创建了变量保真(VF)-LSSVM元模型;第4章,针对原预锻件极限学习机(ELM)回归分析模型的泛化性能表现不佳、可靠性和稳定性不足的问题,提出了利用遗传算法(GA)来调整适应度函数的策略,并优化了各层ELM网络的连接参数。优化结果表明,GA-ELM方法比BP、差分进化(DE)-ELM和ELM模型有更高的稳定性和更精确的预测结果,本章节最后采用多目标优化方法来获取最优的预锻件;第5章,利用提出的R-GPLVM模型对弯曲回弹LSSVM元模型进行了变量筛选和降维,确保了回弹过程的变量保真(VF),本章节最后提出一种按需分割最少层的策略以避免生成不必要的非支配前端,并采用近邻比较策略,从而高效识别非支配单体,并采用差分进化(DE)算子改进非支配排序算法(NSGS)算法的性能,快速获得最优的折弯工艺参数解集,给弯曲模具回弹补偿机构提供有效的弯曲回弹补偿量设计依据;第6章,针对氧化石墨烯(GO)电层积有机涂层厚度参数控制问题,利用提出的R-GPLVM-ELM元模型,筛选出了沉积时间和沉积电压这两个重要的变量,并利用第2章提出的MIV改进的SVR方法对变量进行预排序,减少了原BB法的搜索时间,最后,利用第2章提出的改进的SVR递归核矩阵方法筛选出最优的特征子集,该方法大大节省了迭代收敛计算量,并且仍能保证元模型的精度。
[硕士论文] 轩亚兵
地质工程 华北水利水电大学 2017(学位年度)
摘要:随着工业摄影测量系统的应用越来越广泛,精度要求越来越高,环境越来越多样化,实时动态测量等要求被不断提出。特别是对高温、有毒等无法接触到的测量对象的测量工作,采用投射光学标志点的方法进行测量成为一种切实有效的测量方法,但是国内针对光学投点器性能及精度的研究很少。结合这一发展和需求背景,论文对光学投点器的光学原理、基本性能和基于投射光学标志点的工业摄影测量系统的精度进行了研究,论文的主要内容如下:
  1、对光学投点器的光学原理和投射器的结构组成进行了研究,为后面参数的优化设置提供了理论基础。
  2、研究分析了光学投点器自身参数设置对投点亮度的影响,通过测试试验分析了光学投点器输出功率、光圈大小与投点亮度的关系。
  3、采用测量重复性测试和对比测试相结合的精度测试方法,从内外符合精度两个方面对基于光学标志点的工业摄影测量系统的精度进行了测试研究。
  4、对不同测量对象,特别是黑色等吸光性较强的测量对象的投点效果进行了优化研究,提出采用喷涂显影剂的方法提高投点效果和测量精度,并通过试验验证这一方法的有效性。
  5、对粘贴的编码标志点与投射的光学标志点不兼容,编码标志点在平差过程中会被判为无效点的问题以及基于编码标志点进行的多站拼接测量精度降低的问题进行了复现试验,并在此基础上分析发现了问题的原因—相机闪光灯引闪光学投点器闪光灯的时间延迟。最后提出解决这两个问题的方法—缩短相机曝光时间和用脚架固定相机拍摄,通过试验证明这一方法可行且有效。
[硕士论文] 钱其晶
机械工程 浙江工业大学 2017(学位年度)
摘要:在科学研究和工程应用中存在着各种各样的多目标优化问题。由于目标之间往往互相矛盾,不可能同时达到最优,因此决策者需要结合实际从中选择折中的解。多目标进化算法是解决多目标优化问题的有效工具。近年来,各种多目标进化算法大量涌现,其已成为科学研究和工程应用中的一个热点研究方向。
  本文对基本的多目标元胞差分算法(CellDE)进行了详细介绍,分析了该算法在求解多目标优化问题时存在的不足,即算法在进化过程中对外部种群的维护时间开销比较大,算法采用部分反馈机制导致其在运行前期搜索效率比较低,算法现有的差分变异方式存在着不易使其跳出局部最优的缺陷。鉴于此,本文提出了改进的多目标元胞差分算法,并将其应用于工程优化设计。论文主要研究内容如下:
  1.为了提高CellDE求解多目标优化问题的性能,提出外部种群完全反馈的元胞差分算法(NCellDE)。在每一代进化之后,根据秩与k最近邻距离对外部种群进行修剪,并将修剪后的整个外部种群随机分配到二维网状结构,在原有变异操作中引入新的扰动来避免算法陷入局部最优。通过对6个基准函数及车间设备布局优化问题进行测试,结果表明新算法相对于其他算法具有更好的前端覆盖性,新的变异方式能提高算法跳出局部最优解的能力。
  2.为了进一步提高Pareto前端的分布均匀性和收敛性,论文又对NCellDE的外部种群反馈机制和维护策略进行调整,提出两阶段外部种群充分引导的元胞差分算法(DLCellDE)。第一阶段采用NCellDE算法。第二阶段引入CellDE的外部种群保留策略,同时将外部种群完全反馈。通过对15个基准函数及格林斯基减速器优化问题进行测试,对比实验表明DLCellDE能获得分布更加均匀的Pareto前端,同时算法的收敛性也得到了提高。
  3.以摆线针轮行星减速器的多目标优化设计为例,对目标函数与约束条件进行选取与推导,建立其多目标优化模型,采用DLCellDE对模型进行求解。DLCellDE获得了比CellDE更好的Pareto前端解,并且提供了优于常规设计的可选方案。
  本文主要从外部种群的多样性维护和反馈机制及差分变异方式对CellDE的求解性能进行改进。优化设计案例进一步证实了改进算法的工程可行性和有效性。
[硕士论文] 李栋
固体力学 大连理工大学 2017(学位年度)
摘要:拓扑优化作为一种有效的结构设计手段在工业各领域已经受到广泛的关注,其在航空航天、汽车船舶等部门的应用取得了巨大的经济效益。然而由于传统拓扑优化方法采用了隐式的拓扑表达,因而存在结构几何信息提取困难、设计变量多、计算量大以及应力计算不准确等问题,这严重影响了拓扑优化的进一步推广和应用。
  对于这些问题,基于结构边界显式描述的拓扑优化框架可以提供很好的解决方案。显式拓扑优化框架下结构边界是通过特定函数描述从而显式表达的,运用解析几何工具可以方便获得边界几何信息和施加几何约束。此外,描述边界的函数可以通过少量参数生成,设计变量数大大减少。显式拓扑优化有利于自适应网格的应用,因此在减少有限元计算量,提高计算精度等方面有着独特的优势。
  基于此,本文在显式的移动变形组件/孔洞(MMCs/MMVs)拓扑优化框架下发展了有效的二维和三维优化方法,进而对考虑结构最小特征尺寸控制和局部应力水平控制的拓扑优化问题进行了研究。最小特征尺寸对结构的可制造性、稳定性和鲁棒性等性能有重要影响;不合理的结构设计所引起的局部应力集中现象通过裂纹扩展、疲劳等被放大,对结构整体造成严重危害。对于这些问题的研究,本文采用了约束凝聚、边界光滑化、自适应网格和扩展有限元等方法和技术,具体研究内容包括以下几方面:
  首先,本文基于移动变形组件框架提出一种采用类似超椭球的组件描述的三维拓扑优化方法,基于移动变形孔洞框架提出一种采用B样条曲线的孔洞描述的二维拓扑优化方法。该两种方法进一步完善了移动变形组件/孔洞显式拓扑优化框架,在目前研究中对拓扑优化典型问题能够给出满意的结果。
  其次,利用移动变形组件框架下的直边梯形组件法,本文提出一种结构最小特征尺寸的数学定义及其控制方法。在多数情况下,结构的最小特征尺寸可以通过设计变量上下限约束方便控制;对于组件相交区域,则通过引入凝聚的几何约束来对其最小特征尺寸进行控制。与以往方法相比,本文方法具有显式、局部和直接的优点。
  再次,基于显式拓扑优化框架包含大量弱材料以及灵敏度积分为边界积分的特点,本文发展了适用于移动变形组件/孔洞框架的h-自适应网格。该网格采用四/八叉树对设计域进行离散,仅在结构边界附近区域对网格细化,并引入比例边界单元和分段线性单元对其进行有限元分析。数值算例表明基于四叉树的自适应网格可大幅降低有限元和灵敏度分析的计算量,节省计算时间。
  最后,本文研究了利用移动变形孔洞优化框架解决局部应力水平控制的问题。本文通过B样条控制点重组技术获得了光滑的结构边界,减少了边界尖角的产生。通过引入柔顺度,原应力问题得到正则化,避免了奇异解的产生。此外,基于四/八叉树的自适应网格的应用提高了计算效率和应力计算精度。
  本文通过对以上问题的研究,对基于显式的移动变形组件/孔洞框架的拓扑优化方法进行了发展和完善,并对其在结构特征尺寸控制和局部应力控制方面的有效性进行了验证。本文研究表明,显式的移动变形组件/孔洞拓扑优化框架因其自身的特点而具有巨大的研究意义和应用价值。
[硕士论文] 迟欢
机械工程 天津科技大学 2017(学位年度)
摘要:在现代工程设计中,计算机辅助工程分析(Computer Aided Engineering,简称CAE)模型发挥着越来越重要的作用。然而,针对实际问题,建立高度仿真的CAE模型并非易事。一方面,由于实际问题本身的复杂性,很难利用基于单一物理机理的CAE模型进行仿真;另一方面,由于实际问题本身所蕴含的随机性以及观测中的不确定性,导致很难利用具有确定性输入参数的CAE模型对实际问题进行仿真预测。有鉴于此,近年来,人们开始考虑将基于机理的模型和实际观测数据综合起来,对复杂实际问题进行仿真预测。高斯模型是一种可以将模型和数据综合起来,对系统进行仿真预测的有效方法。本文研究利用高斯模型将传统CAE模型和实际观测数据相结合,给出一种新型、高效的CAE分析方法。研究表明,高斯模型可以实现少量数据建模、修正不确定性参数并准确预测。
  首先,介绍了高斯模型的基本原理。高斯模型是一种基于贝叶斯理论和统计学理论的模型。高斯模型属于无参数模型,它具有良好的灵活性、较高的精度和准确量化不确定性等优点,适用于处理高维数据和非线性等复杂问题。在简述高斯模型预测原理的同时,论文讨论了协方差函数的选取对高斯模型的影响,并验证了期望函数的选取对高斯模型的影响微乎其微。据此,论文后续工作在建立高斯模型时,着重考虑如何需要选取合适的协方差函数。
  其次,论文构建了一个简单的悬臂梁力学分析例子,来讨论高斯模型在结构分析应用中的基本思想和可行性。在该例子中,利用铁木辛柯梁模型生成观测数据,并用该数据和伯努利梁模型建立悬臂梁分析的高斯模型,从而实现利用伯努利梁模型进行高度仿真预测的目的。
  再次,论文讨论了将高斯过程应用于通用CAE分析的基本过程和关键点。论文具体以一个带圆孔平板的塑性拉伸为例,研究利用实验数据和传统通用CAE模型建立高斯模型,通过修正不确定性参数并用其取代传统CAE模型进行预测的方法。研究表明了利用高斯模型取代传统CAE模型进行高精度仿真预测的有效性。
  最后,利用高斯模型针对实际问题求解了美国圣地亚哥国家实验室发布的2014V&V挑战问题。给出了利用高斯模型求解该复杂问题的全部过程,具体包括如何建立高斯模型,如何修正不确定性参数并预测输出响应,以及如何高斯模型预测容器的失效概率等细节。
[硕士论文] 李郎
建筑与土木工程 天津大学 2016(学位年度)
摘要:随着科技的发展,测绘领域对测量精度和效率的要求越来越高,各门学科中基本理论和仪器的发展也已经相当成熟,如何综合各门学科的优点从而实现多学科交叉融合是一项比较重要的任务。目前,工程测量主要依靠GPS、全站仪和经纬仪等传统仪器,虽然说这些仪器和方法能够基本满足现阶段工程实际的需求,但是还没有一台仪器能够完全实现实时、动态、并行和高精度测量。考虑到工业测量领域中iGPS和wGPS等系统可以实现小范围的实时动态高精度测量,如果能够把这些仪器和测量方法引入到工程测量领域,在一定程度上可以很好地解决这个问题。将这两个学科进行交叉融合是一个亟需解决的实际问题,具有很好的应用前景和社会意义。
  本文结合天津大学测控国家重点实验室研制的工作空间测量定位系统,介绍了该系统的工作原理以及研究现状,分析了将这个系统引入到工程测量领域的重难点以及误差来源等,结合全站仪提出了一种新的标定方法,并通过实验验证和数值模拟取得了一定的成果,主要的研究内容和成果如下:
  1.介绍了局域定位系统的定位原理以及该系统在工程测量领域应用的可行性,从结果可以看出基准尺标定法已经不再适合,需要寻找一种新的适合工程测量领域的系统自定位方法。通过理论推导和实验研究发现基于控制点的系统自定位方法在精度上可以很好地满足工程测量的要求,具有一定的实际意义;
  2.分析了将局域定位系统与全站仪结合起来进行系统定位的误差来源以及相应的减小误差的措施,推导了基于控制点的自定位方法以及迭代初值的求解方法,并通过实验研究讨论了利用双站系统进行空间定位的误差分布;
  3.考虑到现阶段在技术上还不能实现仪器的精确整平,在理论上对比了发射站整平前后的标定方法的差异,并通过数值模拟讨论了仪器整平后双站系统的空间误差分布规律,即定位误差与该点到双发射站连线的距离有关,其中在平面内随着距离的增加误差先减小后增大,并且在双站交会角90°附近误差较小;同时,在距离一定时,两发射站中线附近误差较小,与中线偏差越大,误差也越大。在空间高程方向满足随着高程的增加误差减小的规律,具有一定的指导意义;
  4.探讨了将局域定位系统引入到工程测量领域中亟需解决的技术难题,如光源、标定方法以及仪器整平等,并在理论上给出了相应的解决方法。
[硕士论文] 朱作
结构工程 大连理工大学 2016(学位年度)
摘要:由于资源能源的短缺,工程结构优化设计的研究在近年来得到了高度重视。传统的结构优化设计方法由于未能充分考虑工程结构中的不确定性而经常会导致所设计的结构或因可靠度太低而无法满足结构预定功能,或因可靠度太高而造成资源的浪费。为解决传统优化设计方法的弊端,人们提出了概率结构优化设计。然而,概率优化设计计算量大的缺点在很大程度上限制了其在工程中的应用,因此,研究高效稳定的概率结构优化设计算法具有重要意义。
  本文研究内容可概括为以下几点:
  1.介绍了概率结构优化设计的常用计算方法,如可靠指标法(RIA)、功能度量法(PMA)、单循环单变量方法(SLSV)以及序列优化与可靠度评定方法(SORA)。因为功能度量法比传统可靠指标法效率高、稳定性好,本文主要基于功能度量法和以此为基础的SORA开展研究工作。因此还详细介绍了功能度量法中概率功能度量求解的计算方法:改进均值法(AMV)、混合均值法(HMV)、混沌控制法(CC)以及改进混沌控制法(MCC)。
  2.针对AMV方法求解概率功能度量时容易出现周期振荡、混沌等不收敛现象,本文通过引入一个“新”的步长来改善迭代序列的收敛性能,提出了自适应步长法(SLA)。在迭代过程中,该步长可能保持不变,也可能采用一种简单的自适应策略逐渐减小。通过证明可知,AMV方法为步长趋近于无穷时SLA方法的一个特例。SLA方法迭代格式简单,且不需要功能函数凹凸性等先验信息。多个算例表明,与AMV、HMV、CC等常用概率功能度量求解方法相比,SLA方法更加高效、稳定。采用SLA方法继续进行概率结构优化设计,同样表明基于SLA方法的概率结构优化设计比基于AMV、HMV、CC等方法的概率结构优化设计稳定、高效。
  3.基于SORA方法的概念,本文提出了近似序列优化与可靠度评定方法(ASORA),该方法在每次可靠度评估中采用近似最小功能目标点,而不是精确的最小功能目标点。在每一次循环中,利用上一次循环中得到的近似最小功能目标点及该点处功能函数的灵敏度来构建优化设计中的近似约束,并求得新的近似最小功能目标点。由于采用了近似可靠度分析,在可靠度评定过程中概率功能度量求解不再需要进行多次迭代,这大大减少了功能函数调用次数,显著提高了概率结构优化设计的计算效率。另外,由于近似最小功能目标点及该点处灵敏度被用来构建约束的线性泰勒展开,因此在确定性优化过程中也不再计算功能函数,这同样减少了功能函数计算次数,提高效率。数值算例表明,随着设计变量收敛到最优设计点,近似最小功能目标点也逐步收敛到了精确最小功能目标点,优化设计和可靠性评定实现了同步收敛。多个算例证明了本文所提出ASORA方法的高效、稳定。
[硕士论文] 冯小敏
大地测量学与测量工程 山东科技大学 2016(学位年度)
摘要:现代大型装备制造业的不断发展,对大尺寸测量手段有着迫切的技术需求。大尺寸空间测量面临着测量空间大、精度要求高、测量环境恶劣等问题,坐标测量作为基础支撑技术之一,其点位测量精度分析与误差表达,是一项十分重要的研究工作。本文结合现有的全站仪和经纬仪测量系统,从空间点位误差模型入手,用数值仿真的方法分析了空间三维坐标的测量误差,构建了空间点位误差椭球,建立了精度匹配模型,并通过实验验证了两套系统的实际测量精度,系统地探讨了空间点位精度的分析方法。
  本文的主要研究内容有:介绍了全站仪和经纬仪测量系统的测量原理,根据Helmert点位误差表达式,用数学解析的数值仿真法分析了空间点位误差的分布情况,有效揭示了误差分布规律;为准确全面地表示点位误差在任意方向上的分布,推导相关公式,构建了全站仪和经纬仪测量系统的空间点位误差椭球模型,自定义设站位置,用MATLAB仿真得到了空间中部分点的误差椭球,显示了空间点位误差的不均匀性;为改善点位精度的不均匀性,借鉴常规测量中的观测要素精度匹配理论,推导了全站仪和经纬仪测量系统的精度匹配系数公式,为二者构建了精度匹配的数学模型,分析了各观测要素对精度匹配系数的影响;最后,在实验场条件下对全站仪和经纬仪测量系统进行了精度评定,基于重心点坐标和平均方向用轴对准法建立了现场坐标基准,评定了经纬仪测量系统的单站测量精度及其内外符合精度,并用高精度的经纬仪测量结果作为最或然值,评定了全站仪测量系统的坐标测量精度。
[硕士论文] 张传扬
大地测量学与测量工程 山东科技大学 2016(学位年度)
摘要:我国现代制造业的飞速发展,对大尺寸空间坐标测量的精度要求越来越高。大尺寸空间坐标测量存在着测量尺寸大、被测对象结构复杂、测量精度要求高等问题,单一的工业测量系统在很大程度上已无法满足其实际需求。针对上述问题,本论文通过研究多用型觇标、边角平差网及联合空间精密测量控制网等方法,构建了基于全站仪和数字工业摄影测量的组合式大尺寸测量系统,优化了组合式测量网,提高了组合式测量精度和稳定性,可满足大尺寸空间坐标测量的要求。
  论文首先论述了组合式测量的思想方法,结合现有的实验条件,提出了基于全站仪和数字工业摄影测量系统构建组合式测量系统的方案;阐述了全站仪测量系统的测量原理,并对其进行了空间点位精度分析,在此基础上,建立了合理的角度和距离权阵,构建了三维边角网的平差模型,削弱了测距精度对点位精度的影响;研究了基于全站仪和数字工业摄影测量系统组合式测量的坐标统一方法,设计了一种多用型觇标,实验证明多用型觇标的精度能够满足大尺寸空间坐标测量的要求;数字工业摄影测量是以基准尺观测值作为长度基准,然而系统提供的基准尺数量有限,为增强整个测量网的尺度约束,通过任意两个多用觇标点的全站仪控制网坐标求取两者间的精确距离,将这一距离作为虚拟基准尺加入到数字工业摄影测量的网平差过程中,实验证明添加虚拟基准尺的方法可以提高测量的精度和稳定性;介绍了USMN技术,建立了全站仪和数字工业摄影测量系统的三维坐标值的USMN模型,并使用C#语言编写了求取坐标转换七参数的程序;使用全站仪、数字工业摄影测量系统,进行了组合式测量实验,采用借助多用型觇标添加虚拟基准尺的方法进行数据处理,并与经纬仪工业测量系统的观测数据进行比较,证明组合式测量精度可以满足现代大尺寸工业设备的安装、工业产品的外型及尺寸检测等精密测量要求。
[硕士论文] 王胜
机械工程 电子科技大学 2016(学位年度)
摘要:现代工程设计面临越来越多复杂结构功能的产品设计需求,为了完成复杂产品的设计以及保证产品安全可靠的运行,相应的产生了基于可靠性的多学科设计优化方法。传统的可靠性多学科设计优化仅仅考虑了常规的不确定因素的处理,通常得出的可靠度为固定的数值。然而,机械系统的磨损、工作环境变化和材料老化等一系列不确定因素都和时间相关。因此,考虑可靠性的多学科设计优化时应该充分考虑这些时变不确定因素,才能更好地满足实际工程需要。本文重点研究了基于时变可靠性的多学科设计优化问题,分析了时变不确定性在多学科环境中的量化、传播,并建立了相应的模型进行分析计算。主要研究内容如下:
  1、建立了设计参数相关条件下的多学科设计优化模型。考虑实际工程中设计参数相关性问题,通过分析实际工程问题的不确定性来源,将参数之间的相关性通过正交变换方式进行量化,进而建立了参数相关的不确定性协同优化设计模型。通过实际工程问题的求解验证了所提方法的正确性与有效性。
  2、提出了一种基于设计参数含有时变不确定性的多学科设计优化方法。首先分析了时变不确定性在多学科环境下的传播,量化和建模等问题,然后在时不变可靠性多学科设计模型的基础上,对RBMDO设计模型进行了相应的改进,建立了时变设计参数的可靠性多学科设计优化模型,并针对四辊轧机中的磨损时变问题,进行设计参数含有时变不确定性的多学科时变可靠性计算。
  3、针对设计变量含有时变不确定性的问题,提出了一种考虑全生命周期的多学科设计优化方法。该方法分析了维修决策中的维修费用理念,利用穿越率考虑了时变维修费用结合起来,并在多学科设计优化中将研发成本和维修费用作为不同的学科,通过生命周期内费用最低作为目标函数,协调时变可靠性优化和确定性的多学科设计优化之间变量的传递问题。
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