[发明专利]基于材料特性参数误差的机械结构尺寸优化方法

说明书

本发明公开了一种基于材料特性参数误差的机械结构尺寸优化方法，步骤如下：1、确定需要进行优化的机械结构尺寸参数；2、基于实际工程中材料特性参数误差的客观存在，确定误差变量和优化变量的取值范围；3、用区间来描述误差，利用区间序关系模型将区间优化问题进行转化；4、建立基于材料特性参数误差的机械结构尺寸参数的区间多目标优化模型；5、建立代理模型以代替复杂机械结构有限元分析模型；6、采用嵌套的遗传算法求解区间优化模型。本发明基于机械结构参数优化中材料特性参数误差因素的客观存在，优化得到的机械结构尺寸参数值更具鲁棒性，符合工程实际，工程意义明显。

技术领域

本发明涉及机械结构尺寸优化领域，具体涉及一种基于材料特性参数误差的机械结构尺寸优化方法。

背景技术

现有的机械结构尺寸参数优化一般是基于确定的系统和模型，并借助于机械结构优化的方法进行求解。在实际工程中，存在各种各样的误差或不确定性，如材料加工制造的误差、测量误差、边界条件、载荷等的不确定性等，大多数情况下这些误差或不确定性对系统性能的影响很小，可以忽略不计，但是这些误差耦合在一起就有可能对机械系统整体性能产生较大影响。本发明从结构优化中存在的材料特性参数误差入手，在结构优化之初就考虑这些误差的客观存在，使机械结构尺寸参数优化的结果更具鲁棒性、更符合工程实际。

在机械结构优化领域，现有的优化方法和参考文献均没有考虑材料特性参数误差变量的存在，它会使优化结果不可靠，不能有效地保证复杂机械系统的整体性能。机械结构尺寸参数对于机械系统整体性能来说是十分重要的。误差变量的分布具有随机性，实践中要想得到误差的概率分布是非常困难的，需要大量统计数据为基础，根据数理统计理论分析才能得到。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于材料特性参数误差的机械结构尺寸优化方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于材料特性参数误差的机械结构尺寸优化方法，包括以下步骤：

步骤一、确定需要进行优化的n个机械结构零部件的尺寸参数X＝[x1,x2,...,xn]，确定m个材料特性参数误差变量U＝[u1,u1,…,um]。

步骤二、假设优化变量和材料特性参数误差变量服从区间分布的概率模型，利用区间概率数学模型来表示优化变量的取值范围和误差变量的波动范围。

步骤二(一)、假设优化变量xi的取值范围是则用区间数表示xi的取值范围如下：为优化变量xi取值的左边界，为优化变量xi取值的右边界。