基于混合加点准则的代理模型优化设计方法

在工程优化设计中,采用数值仿真模拟计算结构响应需耗费大量的时间和计算成本,给计算密集型的优化设计带来了巨大挑战,因此基于代理模型的序列优化设计方法得到了深入研究和广泛应用.对代理模型的序列优化方法框架进行了简要的概述;针对现有方法中存在的不足,发展了一类模型无关的混合加点准则,使优化循环过程中产生的新样本点分布在当前最...     

连续体结构裂纹识别的Kriging代理模型求解策略

本文提出了一种基于代理模型的裂纹识别方法,利用初始样本构造Kriging代理模型,建立裂纹模型参数与结构响应的关系,来代替结构的原有的结构参数与动力响应关系,最大程度地减少了反演优化迭代过程中反复网格剖分和冗繁的有限元计算次数。使用最优设计加点准则进行代理模型修正,以改进初始代理模型的准确性。为了识别连续体结构上的裂纹模型参数,采用随机粒子群优化方法搜索代理模型多极值域下的全局最优解。数值算例对具有裂纹的悬臂梁和板结构进行了裂纹识别。结果表明,该方法能有效地识别裂纹参数,并且具有良好的抗噪性能。此外,初始样本数量对裂纹识别效率及识别结果的影响也进行了讨论。     

基于统计提升准则的注塑工艺参数优化

为了同时改善生产平板型注塑制品时的总体收缩度和收缩均匀度,提出基于统计提升准则的注塑成型工艺参数的多目标优化方法,寻找平衡两个质量指标的优化设计.首先利用小规模的实验设计方法获得建模数据集,针对应用中存在的建模数据奇异点问题提出一种数据预处理方法,并依此分别建立两个指标的初始替代模型,用于代替优化过程中代价高昂的计算分析;随后依据Pareto统计提升准则寻找新的采样点加入建模数据集来重新建模,使寻优结果不断趋近真实的Pareto前沿.仿真结果表明,较常规的建模优化方法,本文提出的方法能使用较少的采样数据,显著地改善平板制品的收缩质量.对于HDPE材质的矩形制品,保压曲线先恒定后线性递减可以获得好的收缩均匀度,使用压力上限值恒定保压可以获得好的平均收缩度.     

基于Kriging代理模型鼓式制动器稳定性的优化设计

针对鼓式制动器出现的制动噪声问题,引入Kriging代理模型,对鼓式制动器稳定性进行优化设计.采用最优拉丁超立方设计(optimal Latin hypercube design,Opt LHD)生成样本点数据,代入鼓式制动器有限元模型进行求解,生成Kriging代理模型和进行代理模型的精度检验.以摩擦衬片、制动鼓和制...     

基于Kriging代理模型的改进EGO算法研究

 代理模型是复杂工程优化设计问题的关键技术之一．基于Kriging代理模型的EGO算法作为一种贝叶斯全局优化算法引入了EI函数来确定校正点,保证了算法的全局收敛性．首先针对原始EGO算法的不足之处,提出改进EGO算法．然后采用改进EGO算法对4个经典函数和1个工程算例进行测试,最后从算法的收敛速度和精度两方面将不同的算法进行比较．结果表明改进后的EGO算法达到原始EGO算法精度时所需迭代步数更少,与基于响应面的优化算法相比在收敛速度和精度方面更具有优势．说明该方法适应性强,具有很高的工程实用价值．     

基于代理模型的气动外形稳健优化方法

本文探讨了基于优化模型的飞机气动外形稳健优化设计.重点介绍了有关气动外形代理模型的建立和稳健优化理论,并通过一个飞机机翼气动外形的稳健优化算例来验证该理论的有效性和优越性.     

基于Kriging代理模型的拉杆组合转子强度 可靠性研究

针对燃气轮机拉杆组合转子可靠性分析的复杂性,研究了基于Kriging代理模型的强度可靠性分析方法。通过拉丁超立方抽样法对代理响应曲面进行采样,得到了拉杆组合转子透平端各零件的应力分布特性;建立拉杆组合转子系统的强度可靠性数学模型,分别从零件与系统的角度研究了拉杆组合转子的强度可靠性;研究不确定性因素和强度退化共同影响下的拉杆组合转子强度可靠性,揭示了拉杆组合转子强度可靠性变化规律。研究结果为燃气轮机机组的可靠性设计、安全稳健性运行及停机检修提供了一定的参考。     

基于Kriging代理模型的拉压不同模量平面问题的近似求解

该文建议采用Kriging代理模型数值求解拉压不同模量平面问题。通过本构方程光滑化、有限元法及拉丁超立方采样技术,对拉压不同模量桁架与二维平面问题,给出了基于Kriging模型的近似数值解,以代理基于有限元的数值解,并探讨了样本点数目和问题规模对所建Kriging近似模型求解精度/效率的影响。数值算例表明：所提方法可为求解拉压不同模量平面问题提供精度合理的近似数值解。当问题规模较大且正问题需要多次求解时,该方法有望显著减少计算时间,这对于降低拉压不同模量反问题与优化问题的计算开销十分重要。     

基于Kriging代理模型的二维分数阶粘弹性问题的数值求解

为提高求解分数阶粘弹性正问题的计算效率,提出了一种基于Kriging代理模型的数值求解方法。利用拉丁超立方采样技术选取样本点,借助有限元和有限差分技术计算样本点的位移响应,从而建立Kriging代理模型。通过均质和区域非均质两个粘弹性算例,对所提方法的计算精度和计算效率进行了测试。测试分析表明：代理模型可提供合用的计算精度,当问题规模较大且正问题需要多次求解时,有望显著降低计算时间。     

基于序贯层次Kriging模型的微型飞行器机身结构设计优化

在基于仿真模型的工程设计优化中,采用高精度、高成本的分析模型会导致计算量大,采用低精度、低成本的分析模型会导致设计优化结果的可信度低,难以满足实际工程的要求。为了有效平衡高精度与低成本之间的矛盾关系,通过建立序贯层次Kriging模型融合高/低精度数据,采用大量低成本、低精度的样本点反映高精度分析模型的变化趋势,并采用少量高成本、高精度的样本点对低精度分析模型进行校正,以实现对优化目标的高精度预测。为了避免层次Kriging模型误差对优化结果的影响,将层次Kriging模型与遗传算法相结合,根据6σ设计准则计算每一代最优解的预测区间,具有较大预测区间的当前最优解即为新的高精度样本点。同时,在优化过程中序贯更新层次Kriging模型,提高最优解附近的层次Kriging模型的预测精度,从而保证设计结果的可靠性。将所提出的方法应用于微型飞行器机身结构的设计优化中,以验证该方法的有效性和优越性。采用具有不同单元数的网格模型分别作为低精度分析模型和高精度分析模型,利用最优拉丁超立方设计分别选取60个低精度样本点和20个高精度样本点建立初始层次Kriging模型,采用本文方法求解并与直接采用高精度仿真模型求解的结果进行比较。结果表明,所提出的方法能够有效利用高/低精度样本点处的信息,建立高精度的层次Kriging模型;本文方法仅需要少量的计算成本就能求得近似最优解,有效提高了设计效率,为类似的结构设计优化问题提供了参考。     

结构可靠性分析的模拟重要抽样方法

提出了一种基于Kriging模拟的重要抽样方法用以结构可靠度计算。对于含有隐式极限状态方程的问题,重要抽样方法将大部分的计算时间用于结构有限元分析,这使得重要抽样的计算效率被大大降低了。而Kriging方法能够较好地模拟高度非线性的极限状态方程,并以此模拟计算代替真实的结构分析,其主要目的是为了减少蒙特卡罗方法的计算量。将此方法用于两个框架结构可靠度分析的实例,表明了该方法的有效性和较高的计算效率。     

一种基于近似模型管理的多目标优化方法

针对实际工程优化问题,为了提高效率和减少近似模型带来的误差,提出一种基于模型管理的多目标优化方法。利用加强径向基插值函数在整个寻优区域内构造目标和约束的近似模型,结合微型多目标遗传算法寻找当前非支配解。通过模型管理方法更新近似模型,并控制由于近似模型带来的误差和更新次数,最后将误差控制在一定范围内的多个非支配解当作实际问题的解。在测试函数中验证了此方法的效率及非支配解的精度和分布的均匀性。最后成功应用于车身薄壁构件的耐撞性优化中,表明了可用于求解复杂的工程优化问题。     

基于代理模型的通风盘式制动器制动盘结构优化设计

该文提出一种基于代理模型的复杂结构优化设计方法,并用于通风盘式制动器制动盘结构优化设计。提出的优化设计方法集成了CAE分析、实验设计、代理模型构造及非线性优化几部分,实验设计采用拉丁超立方抽样策略,代理模型选用改进的响应面模型,非线性优化算法采用序列二次规划算法。为了解决传统的响应面模型部分预测值与实验值误差较大问题,改进方法认为只有能够确保在每一个抽样点处的预测值与试验值的相对误差均在一定范围内的响应面模型才是一个可行的模型。在保证制动盘质量不变情况下,以寿命最大化为目标,应用设计的集成优化方法对制动盘进行优化设计,优化设计结果较好,其中制动盘疲劳寿命根据Coffin-Manson方法预测,制动过程中制动盘表面最大热应力及最高温度通过热机耦合的有限元模拟紧急制动过程获得。优化结果表明该文提出的方法是一种有效的复杂结构的优化设计方法。     

基于SAND列式的桁架结构优化问题序列线性规划算法

该文提出了一种基于协同分析和设计列式(即SAND 列式,Simultaneous Analysis and Design)和序列线性规划(Sequential Linear Programming)技术的桁架结构优化新方法。与传统列式下将隐式响应函数(如位移、应力等)于设计变量(如杆件截面积等)处作线性展开的做法不同,以桁架结构为例,该文在SAND 列式下,采用杆件截面积和结构节点位移同时作为设计/分析变量,仅对杆件协调条件这一显式双线性函数予以线性近似并构造LP子问题。通过求解一系列LP子问题,可以得到优化问题的近似最优解。与传统优化列式下的SLP 方法相比,该文方法不仅设计变量运动极限的选取相对容易,而且线性近似的误差可以精确估计。数值算例表明,采用该文算法可以快速、稳定地得到优化问题的近似最优解。     

基于数值模拟的注塑模熔体前沿速度优化

在注塑成型的过程中,非均匀的熔体前沿充填速度将导致非一致的取向,以及非均匀收缩和翘曲变形,理想的充填模式应尽可能使熔体在充填过程中保持熔体前沿速度为常数.文中将数值模拟技术与遗传算法相结合用于注塑成型熔体前沿速度的优化,确定螺杆行程中的最佳分段控制点,以及控制点处的注射体积流率或螺杆速度的最优值以获得均匀一致的熔体前沿速度.数值分析采用广义的Hele-Shaw流动模型,耦合利用有限元/有限差分来求解控制方程,并利用控制体积概念实现熔体前沿的自动更替和推进.算例表明,优化的工艺条件设置可以使熔体前沿速度的均匀性提高50%左右.     

基于类桁架材料模型的不确定荷载下结构拓扑优化

用区间分析方法研究了不确定荷载下结构拓扑优化方法。采用类桁架材料模型建立拓扑优化类桁架连续体结构。根据区间变量运算法则推导出不确定荷载下应力约束体积最小类桁架结构的拓扑优化方法。首先采用区间分析方法得到任一点的最不利荷载工况下应变状态。在此应变状态下,利用满应力准则优化类桁架材料中杆件的方向和密度。如此反复分析和优化,直至迭代收敛。最后由类桁架中杆件分布场可以近似离散得到桁架结构。通过几个数值算例验证了方法的有效性。数值算例显示了不确定荷载下的结构拓扑优化布局更合理。     

基于SMP破坏准则的土体弹塑性动力本构模型

利用土体的塑性流动理论,提出了用于描述饱和砂土动力反应性质的弹塑性本构模型.土体总的变形由三部分组成:即弹性应变、与体积屈服机制相关的塑性应变和与剪切屈服机制相关的塑性应变.土体在初始加载与卸载和重新加载阶段性质的差别通过采用不同的模型参数加以反映.该模型能够较为准确地描述饱和砂土在单调加载和循环加载条件下的反应性质.