摘要：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。

摘要：声学超材料微结构的加工误差影响着声学器件的水声调控能力,过严格的加工要求会带来昂贵的制造成本。在允许的性能波动范围内量化最大的加工误差,是降低加工成本的同时保证声学超材料性能稳健的重要途径。为获得允许的最大加工误差,论文提出了一种基于“逆向设计”思维的稳健性分析方法,对声学超材料的制备提供指导。该方法以保证声学超材料微结构的性能为目标,通过分析微结构参数变化与声学性能波动之间的关系,获得了目标稳健性及可行性稳健性要求下不确定性参数的最大容差区间,即允许的最大加工误差。通过Monte Carlo法及最坏可能情况验证得到,当不确定性参数在所得区间内变动时,目标稳健性及可行性稳健性均满足要求,且所得区间为最大区间。

摘要：变可信度近似模型通过融合不同精度分析模型的数据,可有效平衡近似模型预测性能和建模成本之间的矛盾,在复杂装备优化设计中受到广泛的关注。综述变可信度近似模型及其在复杂装备优化设计中的应用研究进展。概述三类常用变可信度近似建模方法的基本思想,并介绍变可信度近似建模方法研究的最新进展。回顾面向变可信度近似模型试验设计方法的发展现状,包括一次性试验设计方法和序贯试验设计方法。综述直接影响变可信度近似模型优化设计求解精度和效率的两类近似模型管理策略,探讨基于变可信度近似模型的智能优化和可靠性/稳健性优化这两个领域前沿问题。归纳总结变可信度近似模型应用于复杂装备优化设计的现状。针对变可信度近似建模及其优化设计给出了一些应用建议,并指出未来值得深入研究的方向。

摘要：[目的]为了使水下发射的航行体天线罩结构在满足碰撞性能要求的条件下,尽可能减轻结构质量,提出一种并行变可信度置信下界(PVF-LCB)算法,对航行体天线罩结构尺寸进行优化设计。[方法]变可信度置信下界(VF-LCB)函数在设计过程中可自适应地分配计算资源,可以使用高/低精度代理模型构建影响函数(IF),选取对模型改善较大的多个样本点,最后与相应的约束处理策略结合,从而对航行体天线罩结构尺寸进行优化。[结果]提出的方法使航行体天线罩的结构尺寸优化设计满足了要求,且质量比基于变可信度代理模型的串行优化方法降低了约50%,并缩短了设计优化时间;相比单精度并行优化方法,天线罩质量降低约30%,搜索优化可行解的效率得到提高。[结论]该方法在航行体的天线罩结构优化设计中不仅缩短了设计周期,而且提高了优化解的质量,在工程应用中具有一定的发展前景及指导意义。

摘要：潜器型线优化设计是一个多目标优化问题,在型线设计过程中,阻力性能与包络体积的要求是相互冲突的。为了解决计算流体力学软件如Fluent在潜器外形优化设计时的效率低下问题,采用Kriging模型代替仿真模型进行潜器外形设计的策略,其基本思想是:选取设计变量和样本点,利用ICEM软件建立参数化的水动力分析模型,用Fluent软件计算得到样本点的阻力响应值,建立反映设计变量与响应之间关系的Kriging模型,将阻力和体积作为潜器外形优化的两个目标,利用多目标遗传算法求出Pareto最优解。由于采样策略对Kriging模型精度影响很大,文章提出了一种新的序贯采样方法,即加权累积误差方法,来选取样本点以提高Kriging模型精度。结果表明,提出的序贯Kriging建模技术能极大提高潜器型线优化设计效率,同时保证设计精度。

摘要：山岭隧道、穿江越海隧道和城市地下工程的建造已成为我国基础设施建设的重要组成部分,并逐步朝着“深、大、长”的方向发展。设计和施工人员不可避免地要应对山岭隧道和穿江越海隧道存在的高地应力、高地温、高瓦斯、高水压等恶劣的作业条件,以及城市地下工程截面和跨度越来越大且埋深浅带来的地面沉降难以控制等问题,并在不断思考如何扭转施工难度大、效率低和事故频发的现状。结合我国隧道和地下工程开发技术与装备的现状,总结出该领域面临的问题。针对问题,提出我国隧道和地下工程施工与装备发展方向,并给出相关建议:1)出台有关新型隧道施工装备示范应用的政策文件,促进技术创新;2)合理开发利用地下空间,发展绿色施工助力“双碳”行动;3)开发盾构装备智能化技术,实现少人或无人作业;4)加快开发复杂地质环境隧道施工新工法和新装备、极端工况条件下的隧道施工新型装备、城市地下工程关键核心技术和重大装备攻关,解决“卡脖子”问题。

摘要：小水线面双体船受海浪冲击时结构应力的准确预测对保证航行安全具有重要意义。采用有限元软件进行应力的数值仿真需要花费巨大的时间成本,构建近似模型成为解决这一问题的有效途径。由于样本点有限,当选择不适当的近似模型时难以保证近似模型精度,组合近似模型(EMs)技术能避免选择单一近似模型的不足和缺陷。本文采用组合近似建模技术预测小水线面双体船在受海浪冲击时的最大结构应力,并与单一近似模型预测精度进行比较,结果表明,组合近似模型的精度更高,能够有效预测最大结构应力,具有较大的工程实用价值。