基于混合行为博弈的多目标仿生设计方法

将多个设计目标视为不同的博弈方,通过计算设计变量对目标函数的影响因子和模糊聚类,将设计变量集合分割为各博弈方拥有的策略空间. 对蜥蜴种群的繁衍生存机理进行仿生,将3种蜥蜴的行为方式分别定义为利己主义、集体主义和投机主义,并赋予相应的博弈方,各博弈方根据所仿生蜥蜴的行为特点,建立自身博弈得益函数与目标函数之间的映射关系.各博弈方分别以自身博弈得益函数为目标,在各自的策略空间中进行单目标优化,获得本博弈方对其余博弈方的最佳对策,所有博弈方的最佳对策形成一轮博弈的策略组合,并根据收敛判别,通过多轮博弈,获得最终的博弈解. 以白鹤滩拱坝体型的三目标优化设计为例,设计结果显示坝体体积方量减少了16.412万方,或2.38%; 最大主拉应力降低了0.036MPa, 或0.31%; 整体应变能下降了0.167GJ 或4.47% 体现了基于混合行为博弈方式的多目标仿生设计方法的有效性.     

拱坝体型的多目标模糊优化设计

在拱坝体型的优化设计中 ,传统的以经济指标为目标函数的数学模型 ,有一定的局限性。本文综合考虑拱坝的安全性与经济性 ,建立了多目标优化设计的数学模型。模型解决了多目标函数及拉应力控制标准的模糊性。小湾拱坝的优化计算结果表明了模型的合理性与可行性     

Multi-objective Optimization Strategies Using Adjoint Method and Game Theory in Aerodynamics

There are currently three different game strategies originated in economics: (1) Cooperative games (Pareto front), (2) Competitive games (Nash game) and (3) Hierarchical games (Stackelberg game). Each game achieves different equilibria with different performance, and their players play different roles in the games. Here, we introduced game concept into aerodynamic design, and combined it with adjoint method to solve multi-criteria aerodynamic optimization problems. The performance distinction of the equilibria of these three game strategies was investigated by numerical experiments. We computed Pareto front, Nash and Stackelberg equilibria of the same optimization problem with two conflicting and hierarchical targets under different parameterizations by using the deterministic optimization method. The numerical results show clearly that all the equilibria solutions are inferior to the Pareto front. Non-dominated Pareto front solutions are obtained, however the CPU cost to capture a set of solutions makes the Pareto front an expensive tool to the designer.The project supported by the National Natural Science Foundation of China (10372040) and Scientific Research Foundation (SRF) for Returned Oversea’s Chinese Scholars (ROCS) (2003-091). The English text was polished by Yunming Chen.     

多目标结构优化设计的中心法

提出一个求解多目标结构优化设计的中心法,该方法可以看作是求解单目标优化问题中心法的直接推广. 它针对每个目标函数引进一个``移动靶'以形成各目标函数的水平截集,然后通过计算并跟踪这些目标函数的水平集与原约束集合形成的交集中心,来达到求解多目标优化问题的目的. 这个方法在不增加额外计算量的情况下,实现了多目标优化与单目标优化的算法统一,因此非常容易在现有的结构优化设计的程序中实现. 给出了几个结构优化设计问题的算例,验证了算法的有效性和可靠性.     

航天器天线桁架结构多目标优化设计

针对有附加结构的卫星天线桁架结构,提出了一种实现结构多目标优化的综合设计方法.首先,探讨了附加结构刚度对桁架结构动力学特性的影响,以便建立精确的有限元模型,为进行优化设计奠定基础.之后,交替采用代理模型方法和人机交互方式进行结构拓扑构型设计.其中代理模型是采用优化拉丁超立方法进行试验设计,结合径向基函数近似方法生成的.最后,应用NSGA-Ⅱ全局优化方法实现以重量最小化和频率最大化的多目标优化设计,并根据分层图定量可视化地从Pareto前端和Pareto最优解集中筛选最优设计方案.优化结果表明,相对于初始方案可以在基频几乎不变的情况下,重量减小29.66％.该方法有利于提高设计效率,降低全局优化的复杂度,同时能够得到满足设计要求的设计方案,适用于多目标结构优化设计.     

基于三线性分灾模型的结构多目标抗震优化设计

基于分灾抗震设计概念,发展了基于三线性分灾模型的结构多目标优化设计方法.以防屈曲支撑为分灾构件的框架结构为例,针对分灾构件设计参数,采用多目标遗传算法进行分灾结构多目标优化设计.最终得到了分灾框架结构分灾构件用量和层间位移角等重要特性的多目标优化关系,并进行了相关讨论.结果 表明,结构多目标分灾优化模型可以综合考虑结构...     

面向合作目标的多无人机时钟同步算法

针对具有随机通信时延的无人机集群的分布式时钟同步问题,提出一种基于合作目标的多无人机时钟同步算法。结合合作目标的运动参数信息和状态估计信息,将时钟同步问题转换成时钟偏差和时钟漂移估计问题,给出了基于优化的同步时间估计方法,并通过最大似然估计方法校准时钟偏移和时钟漂移。最后,针对线性和非线性观测模型以及不同的观测噪声法方差进行了仿真。仿真结果表明,所提算法具有较高的时钟同步精度,初始偏差估计误差可稳定在毫秒级别,时钟速率估计误差可稳定在0.2 ms/s,且观测噪声方差越小的情况下精度越高。所提方法对随机通信时延、节点故障和动态拓扑情况具有良好的鲁棒性,可有效实现无人机集群在GNSS拒止环境中的时钟同步。     

多相材料微结构多目标拓扑优化设计

在采用多尺度均匀化方法求解微结构等效特性的基础上,提出了多相材料微结构的多目标优化设计模型. 以组分材料用量为约束,采用周长控制消除棋盘格,结合有限元方法和对偶凸规划求解技术,对两相和三相材料微结构多项等效模量的组合进行了优化设计. 研究比较了微结构网格粗细、材料组分以及三相材料微结构优化中的两相实体材料弹性模量相对比例不同对优化结果的影响. 数值算例验证了优化模型和优化算法的有效性,表明了相关因素对优化结果的影响.     

基于区间的不确定多目标优化方法研究

基于非线性区间优化,提出了一种不确定多目标优化方法.基于区间序关系和区间可能度,把不确定多目标的目标函数和约束转化为确定性的目标函数和确定性的约束.对于复杂的工程优化问题,为了提高效率,采用拉丁方试验设计方法,构建响应面近似模型,并基于近似模型进行不确定多目标优化,从而形成了非线性区间优化方法与近似模型相结合的高效不确定多目标优化方法.数值算例表明了该方法的有效性和工程实用性.     

基于多目标优化策略的结构可靠性稳健设计

应用可靠性稳健优化设计理论和多目标决策方法,将结构可靠性稳健优化设计转化为多目标优化问题.运用灰色理论中的关联分析法,选取粒子群算法中的全局极值和个体极值,提出了灰色粒子群算法求解可靠性稳健优化设计问题.与传统方法相比,该方法简便易行并能迅速准确地得到结构可靠性稳健优化设计信息.     

基于结构自控制的抗震设计方法

根据不同结构形式在地震中表现出迥异的抗震性能这一客观事实 ,提出了既将结构视为使用主体 ,又将其视为抗震主体的一体化抗震设计概念——对结构的拓扑、形状、尺寸和材料的自控制设计 ;从结构的动力状态控制方程出发 ,建立了自控制抗震设计的数学模型和功能函数 ,并应用于小湾拱坝的体型抗震控制设计中 ,获得了合理可行的控制体型 ,控制体型在应力指标和大坝体积上均得到改善 ,体现了较好的抗震安全性与经济性     

在静力与动力荷载作用下拱坝的体形优化

建立了拱坝体形优化的合理而实用的数学模型,提出了有效的求解方法,特别重视工程应用,目前已应用于近三十个实际工程,取得了巨大经济效益,并已应用于250米特高拱坝的设计。作者提出了一系列有效的求解方法,如内力展开法,设计变量指数变换法等等,并首次实现了地震荷载作用下拱坝的体形优化。     

一种基于关联表的推理方法

为了研制拱坝设计专家系统,笔者曾提出一种新的知识表示方法,即关联表,用于方案生成和方案修改。本文讨论对关联表的具体推理实现,包括与其它知识表示方法的联合推理。     

拱坝体形优化设计方法及工程应用

本文总结了作者在拱坝优化方面多年研究与实践的经验,特别是在优化模型的塑造、优化方法的选择和近似重分析技术等方面的成果与体会。对多个拱坝工程的实际应用表明,采用拱坝优化技术能够提高设计质量、节省大量的工程投资,具有显著的技术经济效益。已对有关算法建立了相应的软件ＡＤＣＡＳ和ＡＤＯＰＴ,性能良好,可供商用。     

基于可能失效模式的拱坝安全度评价

复杂结构的安全度取决于主要失效模式,但现有的拱坝安全度评价方法较少考虑失效模式。本文基于非概率理论的结构体系安全度评价方法,考虑坝体初始开裂位置的随机性,由非概率可靠度指标最小来搜索拱坝所有可能的失效模式。分别对各种失效模式利用给出的结构体系安全度评价方法进行计算,最小值即为拱坝的非概率可靠度。算例综合考虑拱坝的各种可能失效模式,得到整个拱坝的非概率可靠指标为1.84,更全面合理地给出拱坝的安全度。     

高拱坝动力特性与动力响应模型试验研究

高拱坝的动力破坏特性越来越受到关注,动力特性和动力响应是其研究的一个重要方面。通过模型试验的方法研究高拱坝动力特性和动力响应的特征,动力特性试验比较了完好结构与有施工横缝结构的基阶动力特性,表明当结构存在施工横缝时,结构基阶频率降低,阻尼增大。结构动力响应采用振动台模拟地震波激励,试验结果表明,完整结构与有施工缝结构动力响应具体数据不同,但规律相同。加速度最大响应沿拱顶水平向在坝中拱顶的值最大,向两边的坝肩处,加速度最大响应逐渐减小。沿拱坝垂向加速度最大响应从坝顶到基础,响应均逐渐减小。试验结果可为高拱坝结构动力安全研究提供技术依据。     

能量函数在高拱坝动力优化设计中的应用

针对高地震区高拱坝的抗震设计,从高拱坝的动力平衡方程出发,导出了基于拱坝体型特征量的状态控制方程,提出了拱坝结构抗震动力优化设计的数学模型,建立了动力最优化的能量目标函数.应用于小湾拱坝的抗震设计中,动力优化方案相对于初始方案,在应力指标和大坝体积上均得到改善,体现了较好的安全性与经济性,表明在动力优化设计中应用能量目标函数对提高拱坝抗震能力有效可行,具有综合的\"多目标\"特征.