基于Kriging代理模型的结构形状优化方法研究

建立了一种进行结构形状优化的工程方法。该方法利用试验设计法选取位置变量样本点,并对各个样本点对应的结构进行尺寸优化,然后根据样本点和尺寸优化结果建立Kriging代理模型,再利用遗传算法求出位置变量最优解,进而得到结构最优解。最后进行了15杆平面拱式桁架、悬臂梁和25杆空间桁架三个形状优化算例,算例分析结果表明:该方法思路清晰、适应性强、优化效果明显,具有较大的工程应用价值。     

基于Kriging代理模型的两类全局优化算法比较

代理模型在结构优化领域中的应用逐渐增多。相对传统优化方法,代理模型方法在处理带有噪音或仿真模拟十分耗时的问题时有明显优势。加点准则是代理模型技术的一个关键,为了避免陷入局部最优解,加点准则需要同时考虑局部搜索(exploitation)和全局搜索(exploration)两部分并加以平衡。本文在Kriging代理模型基础上提出一种基于几何全局搜索的全局优化算法MSG(Multi-start Local Search with Geometrical Exploration),通过数值算例将其与基于不确定性全局搜索的有效全局优化算法EGO(Efficient Global Optimization)进行比较,研究了MSG算法参数的影响,并讨论了MSG与EGO各自的特点和适用范围。     

基于Kriging模型的汽轮机基础动力优化设计

随着汽轮机容量的增加和核电站的迅速发展,汽轮机基础动力优化设计已经成为世界前沿的研究课题.本文提出一种基于Kriging模型的有效优化方法,用以求解上述动力优化设计问题.该问题的优化模型是在汽轮机基础框架重量约束条件下,优化汽轮机基础中柱的位置和粱、柱的截面面积,使基础振动的最大幅值最小化.Kriging模型用于建立基础振动的最大动位移幅值与设计变量间的近似函数关系,从而避免了优化迭代中灵敏度分析.开发了动力分析程序,作为黑箱用于动力响应分析.算例结果表明,本文方法在效率和稳定性上优于序列线性规划方法.     

应用遗传算法求解二维扩压器壁面速度最优分布

将遗传算法应用于求解透平机械中的二维扩压器壁面最优化速度分布，该方法可以容易的求解出既满足在扩压器出口流动速度极小又保证壁面边界层不发生分离的最优速度分布。用该方法求取著名的Ｓｔｒａｔｆｏｒｄ实验条件下的二维扩压器最优速度分布，所得结果与该实验吻合良好。     

Kriging模型及代理优化算法研究进展

针对传统超燃冲压发动机燃烧室构型设计中存在的计算周期长、试验成本高等问题, 提出一种燃烧室的Kriging代理模型, 并使用NSGA-II多目标优化算法以实现对超燃冲压发动机燃烧室构型参数高效的优化设计. 通过测试, 将应用Kriging代理模型的预测结果与CFD计算结果进行对比分析, 验证了该代理模型能够较为快速并准确地预测代表燃烧室性能的推力和压力损失系数. 以推力和压力损失系数为优化目标, 基于NSGA-II多目标优化算法, 通过该Kriging代理模型获得了Pareto最优解集; 然后, 采用灵敏度分析法对设计变量进行排序, 成功识别出了显著影响燃烧室性能的关键构型参数; 最后, 基于控制变量法针对单个设计变量的变化对超燃冲压发动机燃烧室性能的影响进行研究, 分析结果可以指导燃烧室的优化设计. 文章研究结果可加速超燃冲压发动机燃烧室构型的优化设计, 为其设计提供了一种新的思路和方法, 为后续的相关研究提供了有价值的参考和借鉴.

     

基于Kriging模型的非概率可靠度计算

Kriging模型可以适应各种极限状态函数,HL-RF修正算法可以有效地计算非线性问题。对于难以获得极限状态函数的结构,提出了用Kriging模型进行回归拟合极限状态方程,同时使用HL-RF修正算法计算结构的非概率可靠度指标的计算方法。数值算例以及球形压力容器可靠性分析表明,本文提出的计算方法具有求解精度好、适应能力强的特点。     

基于Kriging代理模型的迭代更新高效反演方法

为提高混凝土坝等大体积结构参数反演效率和精度,减少由于应用有限元进行大量正分析而产生的计算机时,建立了一种结合Kriging代理模型和粒子群优化(PSO)算法的迭代更新反演方法。通过拉丁超立方抽样(LHS)方法确定初始样本点的空间分布,并使用有限元正分析获取对应的响应值,构建粗糙的初始代理模型,结合具有全局寻优能力的PSO算法,反演大体积结构的分区弹性模量,随之再代入有限元模型中,计算获取新的位移响应,并将其作为新样本加入到样本集中,通过迭代更新获得局部更高精度的代理模型。工程实际算例表明,该方法对混凝土坝等大体积结构参数反演精度较高和适用性好,且能大幅减少传统有限元模型反演方法所需消耗的正分析机时,提高反演效率。     

基于Kriging代理模型的连梁金属阻尼器性能研究与参数优化设计

连梁阻尼器是剪力墙连梁结构中主要的耗能部件,其构造形式直接影响剪力墙的性能。本文从连梁阻尼器的几何特征入手,在用料相同的前提下,对四种典型开孔形式金属平面内屈服连梁阻尼器进行耗能性能对比研究,引入Kriging代理模型,构造出不同开孔尺寸与滞回耗能的关系。然后,分别对四种开孔形式的连梁阻尼器几何参数进行进一步优化,以获得最优构型。为简化优化迭代过程中反复的多步加载非线性求解计算,在优化过程中以Kriging代理模型作为反演优化平台,代替原有的几何参数与滞回耗能关系,并采用最大期望提高加点方法,不断提高代理模型在最优解附近的精度,在提高代理模型的代理精度同时,也提高了优化设计效率。所提算法为寻求一种形式简单、性能优越的金属平面内屈服连梁阻尼器提供了新的解决框架。     

变可信度模型管理优化设计方法在气动外形设计中的应用

在信赖域最优化方法的基础上,将梯度搜索方法与近似模型管理结构相结合,结合N-S方程与Euler方程,建立了一种用于气动外形设计的梯度AMF优化设计方法.该方法在气动优化中,通过对采用不同的流体控制方程的计算结果进行组织和管理,从而可以在优化迭代过程中将主要搜索过程集中在低可信度模型的计算上,并利用高可信度模型监控优化过程,使得最终的优化解收敛到高可信度模型上.本文采用梯度AMF气动优化设计方法进行翼型设计,取得了良好的设计效果,实际结果表明本文提出的方法具有可行性和适用性.     

基于主动学习Kriging模型和子集模拟的可靠度分析

工程结构的功能函数大多数具有隐式非线性程度高的特点,且失效概率较小,需要复杂的有限元分析计算.针对工程实际中大量存在的小失效概率问题,本文提出了基于主动学习Kriging模型和子集模拟方法相结合的可靠度分析方法——AK-SS.AK-SS方法有子集模拟求解小失效概率和主动学习的Kriging模型代替真实功能函数的优势.该方法首先采用Kriging模型代替真实功能函数,通过主动学习方法逐步扩充实验设计点,逐步改善Kriging模型的精度;然后利用子集模拟方法的基本思路,通过引入合理的中间失效事件计算小失效概率.结果表明,AK-SS方法在保证结果精度的同时减少了功能函数的评估次数,对于工程实际中具有隐式功能函数的小失效概率计算问题具有较强的应用前景.     

Application of dual kriging to structural shape optimization based on the boundary contour method

Summary The paper presents an approach in which the coupling of dual kriging and the boundary contour method (BCM) is applied to structural shape optimization problems in mechanical engineering design. The problems consist of optimizing the shape of an elastic body, which requires minimizing an objective function subject to some given constraints, such as those of displacement, stress or manufacturing. The originality of the present work is involved with the use of two novel methods that are combined here to solve structural shape optimization problems. The first one, called dual kriging, is a general, versatile interpolation and geometric modeling tool. The second one is a new variant of the boundary element method (BEM), called the BCM, which achieves a further reduction in dimensionality of analysis problems. Based on the advantages of these two methods, the coupling approach presented here is expected to offer an effective as well as a straightforward manner for solving shape optimal design problems. Received 18 December 1997; accepted for publication 21 April 1998     

基于实验设计法的工程结构优化设计

基于实验设计法,提出了一种新的工程结构优化设计方法,这种方法将设计变量的水平值配列于正关表中,按正交表的参数组合条件进行结构解析,通过对设计变量对于目标函数值的方差分析和F检验,改变设计变量的水平值,进而通过迭代计算使设计变量趋地最优解,本文以杵架结构为计算例,验证了本方法的全局收敛性和优化精度,由于无需构建目标函数和约束函数以及微分计算,此方法具有简单而又适应广泛的优点。     

基于实验设计法的桁架结构几何优化

本文用基于实验设计法的优化程序对桁架的一组结构布局的布局优化问题进行了杆件全应力条件下几何优化计算,结果表明基于实验设计法的结构优化方法对于多设计变量优化问题的适用性．结构布局的几何优化结果表现了合理的一致性．     

结构稳健性设计与考虑不确定因素的优化设计的比较

用典型的三杆桁架结构设计问题,进行了结构稳健性设计与考虑不确定因素的优化设计的比较,通过用蒙特卡罗模拟法对设计结果的结构可靠性计算,表明两种设计在提高结构可靠性上是一致的,但结构稳健性设计更具有有效控制结构特性散布的优点。     

基于响应面方法的结构碰撞优化

应用响应面方法可将结构响应表达为设计变量的显式形式．为拟合响应面，基于中心复合设计和单纯形设计简化出了中心对称和拟单纯形设计，其既可以保证约束近似精度，同时降低计算量．针对常见优化问题，使用响应面方法将其构造为线性或者非线性约束优化模型，并应用Matlab优化工具箱求解．方管碰撞优化数值算例表明文中提出的试验设计方法及优化模型有较好的求解效率和精度．     

NUMERICAL STUDY OF PERIODICAL FLOWS OF PIEZOELECTRIC VALVELESS MICROPUMP FOR BIOCHIPS

IntroductionMicro-pump is one of the most important fluid-driving elements in biochips. Workingprinciple of micropumps is quite different from traditional macro-scale pumps. Currently,valveless piezoelectric micropump is one of the most popular micropumps…