一种基于三种类型不确定性变量的换热器可靠度计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于三种类型不确定性变量的换热器可靠度计算方法。所述方法是基于强统计变量、稀疏变量和区间变量三类不确定性输入变量的系统性能函数，使用最佳拉丁超立方技术获得随机样本，根据总概率定理，用克里格模型计算样本点下的总失效概率和最值，由此量化评估计算换热器系统性能的可靠性，实现换热器不确定性设计变量的可靠度计算。使用本方法，在考虑三种类型的不确定性变量下，实现了换热器不确定性变量的可靠度计算，有效提高了换热器的可靠性。

A method for calculating the reliability of heat exchangers based on three types of uncertain variables

The invention discloses a method for calculating the reliability of heat exchangers based on three types of uncertain variables. The method is based on the system performance functions of three types of uncertain input variables: strong statistic variables, sparse variables and interval variables. The optimal Latin hypercube technique is used to obtain random samples. According to the total probability theorem, the Kriging model is used to calculate the total failure probability and the sum of the sample points. The reliability of system performance is achieved, and the reliability calculation of uncertain design variables of heat exchanger is realized. By using this method, the reliability of the uncertain variables of the heat exchanger is calculated under the consideration of three types of uncertainties, and the reliability of the heat exchanger is effectively improved.

【技术实现步骤摘要】
一种基于三种类型不确定性变量的换热器可靠度计算方法
本专利技术涉及一种基于三种类型不确定性变量的换热器可靠度计算方法。
技术介绍
三种输入变量不确定性容易影响到换热器系统性能的不确定性，从而对可靠性设计优化的结果有着重要的影响，为了实现多种类型不确定性设计变量的可靠度计算，提高机械的可靠性，人们提出了一系列的方法来整合这些不确定性并量化对系统性能的影响。例如杜等人于2008年在《JournalofMechanicalDesign》(130:091401)的论文“Unifieduncertaintyanalysisbythefirstorderreliabilitymethod”中考虑到强统计变量和区间变量的影响，提出了用置信度来量化性能函数的不确定性。ZamanK等人于2011年在《JournalofMechanicalDesign》(133:021010)的论文“Probabilisticframeworkforuncertaintypropagationwithbothprobabilisticandintervalvariables”中提出了概率方法(probabilisticapproach)。YooD和LeeI于2013年在《StructuralandMultidisciplinaryOptimization》(49:253-266)的论文“Sampling-basedapproachfordesignoptimizationinthepresenceofintervalvariables”中提出了基于抽样的最坏情况方法(sampling-basedworstcasemethod)。LiG等人于2016年在《AppliedMathematicalModelling》(40:5703-5716)的论文“Aleatoryandepistemicuncertaintiesanalysisbasedonnon-probabilisticreliabilityanditskrigingsolution”中提出了统一的不确定性分析方法(unifieduncertainanalysismethod)。LiuX等人于2017年在《StructuralandMultidisciplinaryOptimization》的论文“Anefficientreliabilityanalysisapproachforstructurebasedonprobabilityandprobabilityboxmodels”中提出了概率框模型。虽然已经提出了很多方法来进行不确定性量化，但同时考虑到这三类输入不确定变量，还没有一个统一的不确定性量化框架。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，为了实现换热器设计优化中系统性能的不确定性变量可靠度的计算，本专利技术的目的在于提供一种基于三种类型不确定性变量的换热器可靠度计算方法，它是基于强统计变量、稀疏变量和区间变量三类不确定性输入变量的系统性能函数的分析和计算。所述的一种基于三种类型不确定性变量的换热器可靠度计算方法，其特征在于包含以下步骤：1)根据换热器输入实验数据的可用性，将不确定性变量分为强统计变量X、稀疏变量Y和区间变量Z；2)分别确定强统计变量X、区间变量Z的函数表示形式；强统计变量X由具有确定分布参数的概率分布函数表示；区间变量Z由具有基本概率分配的子区间表示；3)确定稀疏变量Y的函数表示形式，采用正态分布，伽玛分布，威布尔分布和极值分布的权重和来表示，各分布类型的权重wk计算公式如下：其中，θk(k＝1,2,3,4)，Pθ_k是每一个分布类型的分布类型概率；4)根据总概率理论，用克里格模型和随机抽样法计算换热器的失效概率pF和其最值；5)根据换热器系统失效概率的最值来计算置信度的上下界，通过构造的置信区间来量化系统模型的可靠度，进而根据区间大小判断模型的可靠性。所述的一种基于三种类型不确定性变量的换热器可靠度计算方法，其特征在于步骤4)的计算采用以下步骤：2.1)考虑三种不确定性的系统性能函数表示为：G＝g(X,Y(ξ),Z)，使用最佳拉丁超立方体技术获得不确定分布参数ξ的采样区间为(ξi-1+ξi)/2(i＝1,2,…,nm)，用间隔BPA[ξi-1,ξi]的离散采样点表示，Z的不确定间隔变量用含有BPA的间隔表示，ξ和η分别为变量Y与变量Z的不确定分布参数,nm,nn分别表示分布参数ξ和η采样样本总数；2.2)根据总概率定理，计算换热器系统的总失效概率pF：其中，ξ和η分别为变量Y与变量Z的不确定分布参数，在子区间ξ∈[ξi-1,ξi]内获得随机采样ξm，在子区间内获得随即采样zn；2.3)使用MATLABKrigingToolboxDACE构建系统性能函数G的克里格元模型并计算的最大值Maxij-q和最小值Minij-q；2.4)的最大值Maxij-q和最小值Minij-q的失效概率分别为和其计算公式如式(4)、式(5)所示：其中为q∈[1,2,…,zn]。所述的一种基于三种类型不确定性变量的换热器可靠度计算方法，其特征在于步骤5)的置信度的上界、下界分别如式(6)、式(7)所示：因此，用置信区间[Bel(G)，Pl(G)]来量化换热器系统模型的可靠性。通过采用上述技术，与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果是：本专利技术同时考虑这三类输入不确定性变量，建立一个统一的不确定性量化框架，再使用克里格模型和随机抽样法最佳拉丁超立方体技术计算换热器的失效概率，本专利技术的方法与蒙特卡洛采样方法相比，采样样本数量少，计算成本低，并且结果准确；本专利技术通过上述技术提出的基于三种类型不确定性变量的换热器可靠度计算方法，通过计算换热器系统的置信度来进行系统可靠性量化，由此评估计算换热器的系统性能，实现换热器不确定性设计变量的可靠度计算，有效提高了换热器的可靠性。附图说明图1是本专利技术的流程图；图2是换热器分离翅片结构图；图3是有限元分析法计算的换热器温度分布图。具体实施方式下面结合说明书附图及实施例对本专利技术作进一步说明，但本专利技术的保护范围并不仅限于此：如图1所示，本专利技术的一种基于三种类型不确定性变量的换热器可靠度计算方法，它是基于强统计变量X、稀疏变量Y和区间变量Z三类不确定性输入变量的系统性能函数的分析和计算，其包括以下步骤：1)根据换热器输入实验数据的可用性，将不确定性变量分为强统计变量X、稀疏变量Y和区间变量Z；2)分别确定强统计变量X、区间变量Z的函数表示形式；强统计变量X由具有确定分布参数的概率分布函数来表示；区间变量Z由具有基本概率分配的子区间表示；3)确定稀疏变量Y的函数表示形式，采用正态分布，伽玛分布，威布尔分布和极值分布的权重和来表示，各分布类型的权重wk计算公式如下：其中，θk(k＝1,2,3,4)是选取的分布类型，Pθ_k是每一个分布类型的分布类型概率；4)根据总概率理论，用克里格模型和随机抽样法计算换热器的失效概率pF和其最值，计算步骤如下：4.1)考虑三种不确定性的系统性能函数表示为：G＝g(X,Y(ξ),Z)，使用最佳拉丁超立方体技术获得不确定分布参数ξ的采样区间为(ξi-1+ξi)/2(i＝1,2,…,nm)，用间隔BPA[ξi-1,ξi]的离散采样点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三种类型不确定性变量的换热器可靠度计算方法，其特征在于包含以下步骤：1)根据换热器输入实验数据的可用性，将不确定性变量分为强统计变量X、稀疏变量Y和区间变量Z；2)分别确定强统计变量X、区间变量Z的函数表示形式；强统计变量X由具有确定分布参数的概率分布函数表示；区间变量Z由具有基本概率分配的子区间表示；3)确定稀疏变量Y的函数表示形式，采用正态分布，伽玛分布，威布尔分布和极值分布的权重和来表示，各分布类型的权重wk计算公式如下：

【技术特征摘要】
1.一种基于三种类型不确定性变量的换热器可靠度计算方法，其特征在于包含以下步骤：1)根据换热器输入实验数据的可用性，将不确定性变量分为强统计变量X、稀疏变量Y和区间变量Z；2)分别确定强统计变量X、区间变量Z的函数表示形式；强统计变量X由具有确定分布参数的概率分布函数表示；区间变量Z由具有基本概率分配的子区间表示；3)确定稀疏变量Y的函数表示形式，采用正态分布，伽玛分布，威布尔分布和极值分布的权重和来表示，各分布类型的权重wk计算公式如下：其中，θk(k＝1,2,3,4)，Pθ_k是每一个分布类型的分布类型概率；4)根据总概率理论，用克里格模型和随机抽样法计算换热器的失效概率pF和其最值；5)根据换热器系统失效概率的最值来计算置信度的上下界，通过构造的置信区间来量化系统模型的可靠度，进而根据区间大小判断模型的可靠性。2.根据权利要求1所述的一种基于三种类型不确定性变量的换热器可靠度计算方法，其特征在于步骤4)的计算采用以下步骤：2.1)考虑三种不确定性的系统性能函数表示为：G＝g(X,Y(ξ),Z)，使用最佳拉...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭翔，徐小青，姜少飞，李吉泉，景立挺，王建翔，邬天骥，李登洪，孙涛，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33