整星隔振系统的可靠性分析及其优化设计

论文摘要

航天器在发射过程中的力学环境非常恶劣,在发射阶段,受到多种准静态和动态载荷的作用,有可能导致结构失效。整星隔振系统能有效减小发射阶段卫星所承受的环境载荷,对提高卫星发射的可靠性和降低发射成本具有重要意义,是近十年来航天界发展的一项新兴技术。因此,进行整星隔振系统研究,对整星隔振系统进行可靠性分析并进行结构的优化设计,对于提高航天器发射过程中的安全性和可靠性是十分必要和重要的。本文应用一种实用有效的可靠性计算方法,结合可靠性设计方法和灵敏度分析方法,对整星隔振系统进行可靠性分析和设计。首先采用随机摄动法、Edgeworth级数和四阶矩法计算可靠度,结合可靠性设计理论和灵敏度设计理论,给出灵敏度计算的表达式,分析可靠性灵敏度的变化规律,研究设计参数对结构可靠性的影响程度;其次对整星隔振系统模型进行分析,运用强度理论确定失效函数并计算可靠度和灵敏度,分析各个参数对整星隔振系统可靠性的影响,结果表明结构几何参数是影响整星隔振器可靠性的主要因素;最后,运用遗传算法对隔振器进行可靠性的优化设计,以隔振器的几何参数为随机变量,以要求满足的可靠度为约束条件,以重量最小为目标函数,对整个隔振系统进行优化设计,为整星隔振系统的可靠性优化设计问题提供了重要的理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景、目的和意义
• 1.2 整星隔振研究现状
• 1.3 可靠性研究现状与进展
• 1.3.1 可靠性概述
• 1.3.2 可靠性国内外研究现状
• 1.3.3 可靠性优化设计研究现状
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 可靠性理论
• 2.1 引言
• 2.1.1 结构的功能函数
• 2.1.2 结构可靠性指标
• 2.2 可靠性指标的计算方法
• 2.2.1 一次二阶矩法
• 2.2.2 蒙特卡洛法
• 2.2.3 响应面法
• 2.2.4 随机有限元法
• 2.2.5 高次高阶矩法
• 2.3 摄动法
• 2.4 Edgeworth级数
• 2.5 本章小结
• 第3章 整星隔振器的可靠性灵敏度设计
• 3.1 引言
• 3.2 随机有限元法
• 3.2.1 随机有限元法（Taylor展开）
• 3.2.2 基于随机有限元的可靠度计算
• 3.3 可靠性灵敏度设计
• 3.3.1 正态分布参数的可靠性灵敏度设计
• 3.3.2 任意分布参数的可靠性灵敏度设计
• 3.4 整星隔振器的灵敏度设计
• 3.4.1 上圆盘静强度可靠性灵敏度设计
• 3.4.2 螺栓强度可靠性灵敏度设计
• 3.4.3 上圆盘疲劳强度可靠性灵敏度设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于遗传算法整星隔振器的可靠性优化设计
• 4.1 引言
• 4.2 可靠性结构优化设计的数学模型
• 4.3 可靠性优化设计方法
• 4.3.1 神经网络优化
• 4.3.2 模拟退火算法
• 4.3.3 混沌-Powell混合优化算法
• 4.3.4 最佳矢量法
• 4.4 遗传算法
• 4.4.1 引言
• 4.4.2 遗传算法的基本思想
• 4.4.3 遗传算法优化设计过程
• 4.5 整星隔振系统优化设计
• 4.5.1 优化步骤
• 4.5.2 优化结果
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢