随着海洋天然气增压集输的发展,对海洋往复式压缩机的功率、压力比、振动性能及环保性能提出了越来越高的要求,对大功率、高压力比、低振幅、环境友好的需求更加迫切。曲轴系统对海洋大功率往复式压缩机的整机性能具有重要影响。大功率往复式压缩机常在陆地使用,被用于海洋时,压缩机支撑与曲轴结构参数难以匹配,且存在着由气体力、往复惯性力、旋转惯性力导致的大噪音、剧烈振动等缺点。因此,需要对曲轴结构参数进行优化。本文结合工业与信息化部项目“海洋大功率往复式压缩机振动与噪声控制技术研究”,开展海洋大功率往复式压缩机曲轴结构优化设计研究,主要包括以下内容:(1)针对某海洋往复式压缩机曲轴系统,运用结构动力学理论对曲轴系统进行动力学分析。采用光电转速测量法和无线应变式转矩测试技术对曲轴系统实际工作过程中的动力学特性进行测试,并基于此对所建立的动力学模型进行了修正,获得了较为满意的虚拟试验场仿真模型。(2)提出了一种基于协同优化和多岛遗传算法的曲轴结构多学科优化设计方法。通过Opt-LHD设计试验方案并进行数据采集。构建考虑曲轴强度、扭振响应和轻量化等性能的椭圆基神经网络代理模型,然后对曲轴结构分别进行确定性和可靠性轻量化单目标设计。最后运用多岛遗传算法结合多学科协同优化对曲轴结构进行多目标优化设计,获取Pareto最优解集。(3)研究同时存在随机、区间混合参数曲轴结构的不确定优化问题。基于置信水平获得随机参数结构的区间表达。利用区间可能度、区间序关系、椭圆基神经网络代理模型技术及多目标遗传算法,构建基于随机区间混合参数的结构不确定优化方法,并通过典型算例验证该方法的可行性及有效性。以海洋大功率往复式压缩机曲轴扭转角位移和强度等性能为研究对象,对曲轴结构进行不确定优化设计,并与确定性优化结果进行了对比。