多学科设计优化中常用代理模型的研究

代理模型是多学科设计优化的关键技术之一。本文系统介绍了多项式响应面模型，径向基函数模型和Kriging模型等3种多学科设计优化中常用的代理模型。通过构造某机翼展向气动载荷分布的代理模型，对这3种模型的效果进行了评估，并对这些代理模型的构造方法、基本特性和适用范围进行了分析研究。  

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模型的结构可靠性分析

在结构极限状态方程(LSF)未知的情况下,通常采用响应面法(RSM)模拟结构的极限状态方程,逐步修正求解。由于响应面法对于极限状态方程的多项式假定,使其在计算精度上存在一定的缺陷。本文通过随机选取的部分结构响应,采用K rig ing模型模拟未知状态的结构响应,然后附以最优化的方法求解可靠性指标。该方法突破了极限状态方程的形式对于可靠性计算的制约,避免数学表达式的不同对于可靠性计算的影响。通过数值算例,可以看到本文的方法具有较高的精度和稳定性。  

结构优化中的建模方法概述

建立优化模型是结构优化前的最佳选择. 由于工程实际问题的复杂性, 很难建立显式表 达的模型, 即使少数问题能够建立显式表达的模型, 也难以求解. 因此需要借助近似方法建 立模型, 为了便于求解或提高求解效率, 通常还要对模型进行变换. 文中列举了结构优化中 常用的近似建模方法, 并根据建立近似显式的途径和敏度分析的方法对其进行分类, 详细介 绍了近几年来广泛应用的样本点构造方法, 然后描述了它们在结构优化中的应用和具体实现 过程, 分析了它们的优缺点和应用范围, 指出了结构优化建模方法今后的发展方向.  

海洋重力图加密仿真实验研究

研究Krige插值算法在海洋重力数据加密中的应用。对已知海域内的重力数据进行等间隔提取,产生1′×2′、2′×1′、2′×2′、4′×4′间隔的重力数据,应用Krige算法及交叉检验的方式分析Krige算法执行能力。仿真结果表明采用Krige方法对重力实际测量数据进行插值处理可以获得高密度、规则网格化的数字重力图。  

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.  

基于Kriging模型的频响函数有限元模型修正方法

针对使用频响函数进行有限元模型修正的问题，提出了一种基于Kriging模型的修正方法，用于检测结构由损伤引起的在单元刚度特性上的衰减。本文方法可以在不需要推导修正参数与频响函数残差代数关系的前提下，通过少量测点提供的有效数据快速求解；还可以通过控制算法的终止准则来提高对未知区域的探索程度，降低结果收敛到局部解上的可能。使用Kriging模型可以有效地减少原有限元模型的计算次数，保证计算效率的同时，为对结构进行更准确精密的有限元建模提供了便利。  

Surrogate based optimization of a laidback fan-shaped hole for film-cooling

The present work has been performed to evaluate the effects of geometric variables of a laidback fan-shaped hole on the film-cooling effectiveness using a Reynolds-averaged Navier-Stokes analysis, and to optimize the shape of the hole using the Kriging meta-modeling technique. The shape of the laidback fan-shaped hole is defined by four geometric design variables, namely, the injection angle of the hole, the lateral expansion angle of the diffuser, the forward expansion angle of the hole, and the ratio of the length to the diameter of the hole. From the results of a parametric study, effects of design variables on the film-cooling effectiveness are evaluated. The objective function, which is defined as the spatially averaged film-cooling effectiveness, is numerically evaluated through a RANS analysis at design points selected through Latin hypercube sampling. The Kriging model is used to approximate these objective function values at the design points, and sequential quadratic programming is used to search for the optimal point from the constructed Kriging model. The optimizations are carried out for two different blowing ratios, 0.5 and 2.5. The film-cooling effectiveness has been successfully improved with the optimization as compared to the reference geometry.  

自适应Kriging近似模型及其在二维扩压器优化设计中的应用

将均匀设计方法、CFD技术、Kriging近似模型及小生境微种群遗传算法相结合发展了一种自适应全局优化设计方法。优化过程中综合考虑Kriging模型的预测值与预测标准差,引入了EI(Expected Improvement)函数得到校正点,解决了采用近似模型最优策略得到校正点带来的局部收敛问题。分别采用该方法和小生境微种群遗传算法进行扩压器气动优化设计,以扩压器平均静压恢复系数为目标函数并采用Nurbs曲线完成几何参数化建模。优化后扩压器平均静压恢复系数提高了8.5%,结果表明本文方法比随机性优化算法更为有效。  

基于Kriging的泡沫填充锥形薄壁结构耐撞性6σ稳健性优化设计

基于泡沫填充薄壁结构耐撞性优化结果的稳健性和可靠性要求，考虑设计变量的不确定性，将一种结合试验设计技术、Kriging近似建模技术、蒙特卡罗模拟技术和 质量控制理念的稳健性优化方法，应用于泡沫填充锥形薄壁结构耐撞性优化过程中，对其进行了可靠性和稳健性优化设计。结果表明，该结构的耐撞性得到了提高，具有较强的工程实用性，与确定性优化结果相比，稳健性优化结果的稳健性和可靠性均得到了提高。