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造价和抗震性能等,并可以根据目标偏好有效地满足设计需求;分灾构件对抗震性能的作用随着震级增大而增强,使用分灾构件的结构能够更好地抵御强震的作用。     

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.     

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。     

模型不确定压电柔性结构的多目标振动控制

以压电柔性结构为对象,考虑其被控模态参数的不确定性和因剔除残余模态所引起的动态不确定性,建立了结构的不确定线性分式模型;根据不确定模型设计了一个对结构进行振动控制的动态输出反馈控制器,使闭环系统满足鲁棒稳定、扰动抑制、极点配置约束及控制输入约束等性能要求;并利用线性矩阵不等式,将具有多个性能要求的振动控制问题转化为具有线性矩阵不等式约束和线性目标函数的凸优化问题。最后以简支压电柔性梁为例,设计了一个融合多性能指标的动态输出反馈非同位控制器,并给出了仿真结果。     

FLNG低温软管内衬波纹管多目标优化设计

低温柔性管道是海上浮式液化天然气生产储卸装置系统中输送液化天然气的核心装备之一。U型波纹管作为低温柔性管道最内层结构,直接影响低温管道的安全性。本文选取波径和环板长度作为独立结构设计参数进行结构分析,解决了在传统的U型波纹管灵敏度分析中,波高会随波距的改变而改变的耦合计算问题。构建了径向基函数神经网络代理模型,采用遗传算法对U型波纹管结构开展了多目标优化,获得以拉伸刚度最大和弯曲刚度最小为优化目标时的帕累托最优解集,为U型波纹管在实际工程应用中提供有益的设计参考。

     

二滩水电站拱坝坝肩岩体稳定性的地质力学模型试验中的声波测试

为了获得模型体内关键部位的应力、应变的变化与分布规律, 特别是外荷载作用下的安全区域, 我们利用自行设计的小型传感器, 首次将声波测试技术应用到较大型的模拟实验室中。获得了试验全过程的测试结果。其结果与其它测试方法, 互为补充和验证, 得到了一致的预期效果。     

施工期混凝土高拱坝已灌区温度回升解析

针对施工期高拱坝已灌区温度回升的现象,结合建设中的溪洛渡特高拱坝已灌区温度回升值进行统计分析,以及将蓄水前的已灌区混凝土块近似简化为混凝土平板问题,基于混凝土天然冷却或回升理论对已灌区温度回升现象进行解析,分析表明,当前高拱坝的封拱温度低于坝址年平均气温,不可避免地出现坝址年平均气温向已灌区进行缓慢温度倒灌,而且已灌区温度回升理论值与实测温度回升值较接近,由此认为,当前施工期高拱坝已灌区温度回升,主要原因应为外界环境气温向已灌区混凝土块的温度缓慢倒灌.     

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为开展小型飞机起落架结构的轻量化设计工作,本文首次将有关的强度规范引入其中, 并以杆件的强度与失稳载荷作为限制条件,采用位置优化与尺寸优化进行起落架结构的最小 重量设计. 由算例可知：仿真的优化计算与实验结果相符合;理论分析与航模载重参赛飞行 情况也表明：此法不仅可行而且有效,可以用于类似的小型或者超轻型飞机的起落架结 构设计.     

整体响应与局部特征统一分析方法及其在拱坝设计中的应用

探讨结构局部特征与整体响应的统一分析方法及其在拱坝开裂分析中的应用．该方法用高次单元进行整体计算,通过低阶单元反映结构的局部特征,较好地解决了反映结构局部特征与避免扩大计算规模之间的矛盾．     

超静定型钢桁架优化设计的面积比法

满应力准则是对超静定型钢桁架进行优化设计的有效方法．但这种方法的主要缺点在于收敛速度很慢甚至不收敛,这给设计工作带来很大的不便．对问题进行了研究,在“型钢压杆稳定设计直接法”的基础上,提出了满应力优化设计的一种新方法——面积比法,有效地提高了设计过程的收敛速度,降低了设计成本,供有关结构设计人员参考．     

压电曲壳结构形状控制和优化设计

板壳结构作为航空、航天工程以及控制系统中的重要工作元件,在工作状态 中,要承受机械载荷、温度载荷、冲击载荷等各种负面影响, 而航空航天部件对结构形状变化非常敏感,如飞行器机翼、信息接收天线等结构, 微小的结构变形就会引起很大的性能改变,想要在设计初始阶段充分考虑所有不 利因素的影响显然是比较困难的. 利用压电材料控制结构变形往往是现代空间结 构开关控制中一个很好的选择. 基于一般壳体有限单元法, 推导了空间任意曲壳 压电单元, 利用约束方程连接主体壳元和压电壳元, 模型中约束方程的使用大大 减少了结构自由度, 使得计算速度有了明显的提升. 在此基础上, 重点研究了压 电曲壳结构的形状控制方法, 首先利用最小二乘法优化结构的电压分布, 控制结 构形状接近最优工作状态; 其次构建了以压电壳元厚度和电压联合作为设计变量 的优化控制模型, 采用非线性优化求解方法, 取得了更好的控制效果. 数值算例 表明了该文计算模型、 优化设计和控制方法的有效性.     

型钢柱(压杆)稳定设计的直接法

在稳定设计中,根据已知轴向荷载来确定型钢柱的截面尺寸,当前国内外均采用试算的方法,设计过程非常繁琐。本提出一种确定型钢柱截面尺寸的简捷方法-直接法,使设计工作摆脱了繁琐的试算,大大提高了计算效率。     

A NEW OPTIMAL SHAPE DESIGN PROCEDURE FOR INVISCID AND VISCOUS TURBULENT FLOWS

A new approach for optimal shape design is introduced. The main ingredients are an unstructured CAD-free framework for geometry deformation and automatic differentiation (AD) in reverse mode. Transonic inviscid and viscous turbulent flows are investigated. Both two- and three- dimensional configurations are considered. These cases involve up to several thousand control parameters. © 1997 John Wiley & Sons, Ltd.