机械动态装配关系的稳健协同优化设计方法研究

Taking the dynamic design of complex mechanical assembly relation (e.g., aeroengine blade-tip radial clearance) as the engineering background, this project will study some key scientific problems about the dynamic robust design of mechanical assembly relation, opening a new research direction. The main contents of the study include the robustness analysis methods of mechanical steady-state assembly relationship, the robustness analysis methods of mechanical transient assembly relationship, the multidisciplinary collaborative robust design optimization methods of mechanical steady-state assembly relationship, and the multidisciplinary collaborative robust design optimization methods of mechanical transient assembly relationship. The objectives of the study are to present the multi-object, multi-model and multi-disciplinary dynamic robustness analysis methods based on the probabilistic model, the non-probabilistic model, and the model mixed probability with non-probability, respectively, provide the collaborative dynamic robust design optimization methodologies for complex mechanical assembly relationship, develop the dynamic robust design procedure which is proved to have application value in complex mechanical assembly relationship design through the numerical example of the typical aeroengine blade tip radial clearance robust design with the partial test data.

本项目以航空发动机叶尖径向间隙等复杂机械装配关系的动态设计为工程背景，围绕机械动态装配关系稳健性设计这一新开拓的研究方向，凝练出其中的若干关键科学问题开展研究，具体研究内容为：机械稳态装配关系的稳健性分析方法研究；机械瞬态装配关系的稳健性分析方法研究；机械稳态装配关系的多学科稳健协同优化设计方法研究；机械瞬态装配关系的多学科稳健协同优化设计方法研究。本项目研究目标为：提出复杂机械动态装配关系的多对象、多模型、多学科情况下的概率稳健性分析方法、非概率稳健性分析方法、概率与非概率混合的稳健性分析方法；提出复杂机械动态装配关系的多学科概率稳健协同优化方法、非概率稳健协同优化方法、概率与非概率混合的稳健协同优化方法；建立具有工程适用价值的复杂机械动态装配关系的稳健性分析和多学科稳健协同优化设计的流程，并以有部分试验数据支持的典型航空发动机叶尖径向间隙的稳健性设计工程实例加以验证。

本项目以航空发动机涡轮叶尖径向运行间隙等复杂机械的装配关动态设计为背景，提出了机械动态装配关系的稳健性协同优化设计这一研究方向，解决了其中若干关键科学问题，主要包括：机械动态装配关系稳健性分析的概率、非概率、概率非概率混合稳健性分析方法；机械动态装配关系的多学科稳健协同优化设计的概率、非概率、概率与非概率混合的稳健协同优化设计方法。以航空发动机涡轮叶尖径向运行间隙稳健性分析和稳健协同优化设计为例，开展复杂机械动态装配关系的稳健性分析与稳健协同优化设计。. 研究了基于多项式、Kriging、支持向量机响应面的机械动态装配关系稳健性分析方法，提出了机械稳态装配关系稳健性分析的多响应面方法，机械瞬态装配关系稳健性分析的极值多响应面方法，分别建立基于多项式响应面、Kriging和支持向量机响应面稳健性分析数学模型，并以航空发动机典型装配关系的稳健性分析为例对提出的方法进行验证，仿真及试验结果证明了该方法的有效性。通过对机械动态装配关系的多对象、多模型、多学科协同稳健性优化设计方法进行探索，提出了机械稳态装配关系稳健协同优化设计的二级分布式协同响应面方法，机械瞬态装配关系稳健协同优化设计的二级分布式协同极值响应面方法，并以航空发动机涡轮叶尖间隙稳健性优化设计为例，验证了提出的针对多对象、多模型、多学科协同稳健性优化设计方法的有效性。. 本项目解决了机械动态装配关系的稳健性分析和稳健协同优化设计中的若干关键科学问题，为复杂机械动态装配关系的稳健性分析及协同优化设计提供了方法和理论支撑，并开发了相应的计算软件工具，对丰富和发展复杂机械动态装配关系的稳健性设计理论及方法具有重要意义。