摘要：针对翼型气动隐身多目标优化设计存在的计算量大与权重难以选取的问题,提出基于自适应径向基函数代理模型与物理规划的高效多目标优化策略(Multi-objective optimization strategy using adaptive radial basis function and physical programming,ARBF-PP)。利用物理规划法通过非线性加权的方式将多目标优化问题转化为直接反映设计偏好的单目标优化问题,然后分别对综合偏好函数和约束条件构造径向基函数代理模型,采用增广Lagrange乘子法处理约束,并用遗传算法(Genetic algorithm,GA)进行求解。优化迭代过程中,在当前可能最优解附近增加样本点,更新代理模型,提高代理模型在最优解附近的近似精度,引导搜索过程快速收敛。使用数值多目标优化算例与翼型气动隐身多目标优化实例验证了本文所提出优化策略的有效性。翼型气动隐身多目标优化结果表明:相比于初始翼型,优化翼型的升阻比提高了34.28%,重点方位角的雷达散射截面(Radar cross section,RCS)均值减小了24.19%。此外,在相同样本规模的情况下,本文方法所得最优翼型的气动隐身性能比静态径向基函数代理模型方法的优化结果分别提高了11%与25.6%;与遗传算法相比,本文方法所需的分析模型调用次数(Number of evaluation function,Nfe)降低了93.5%。

摘要：针对机械产品全寿命周期的时变可靠性问题,提出了自适应首次穿越点(First-crossing time point,FCTP)的概率分布模型,可获得寿命周期内可靠性的演化规律,为机械产品在全寿命周期内可靠性分析和设计提供了工具。对于传统时变可靠性首次穿越法中首次穿越率模型估计困难的问题,首先基于支持向量回归提出首次穿越时间点自适应代理模型;其次,采用拉丁化部分分层抽样(Latinized partially stratified sampling,LPSS)估计首次穿越时间点代理模型的四阶原点矩;再次,以距离代理模型一阶矩最近的点为中心,结合均匀分布构建自适应学习函数;然后,以相邻两次迭代的各阶矩最大误差为收敛条件,建立最优的首次穿越时间点的代理模型;最后,基于最优代理模型,利用核密度函数求解首次穿越点的概率密度函数(Probability density function,PDF),获得产品寿命周期内时变可靠性的演化趋势。通过三个算例验证了所提方法的有效性。

摘要：针对吸气式宽包线高超声速飞行器的气动优化问题,基于任务要求建立了基于多点权重分配的气动外形优化模型,并采用“CFD+准一维流”方法开展了气动性能分析。为兼顾气动外形优化的效率与精度,通过改进现有的并行加点策略,发展了一套基于代理模型与梯度算法的分层优化框架,并采用函数算例对改进后的加点策略进行了验证。对吸气式高超声速飞行器的气动外形进行了分层优化,在满足各学科约束的情况下使飞行器在各个优化评估点处的气动性能均有所提升。

摘要：基于计算试验设计和代理模型的近似优化策略在现代复杂系统工程设计中得到了广泛应用,其中追峰采样方法(Modepursuing sampling, MPS)是一种代表性的近似优化策略。分析并针对MPS处理高维优化问题时效率低下的缺陷,提出了基于重点设计空间的快速追峰采样方法(RMPS-SDS),将重点设计空间的思想引入MPS框架,定制了一套样本点分配策略以增强MPS的局部搜索能力与收敛速度,从而提高求解高维优化问题的效率。采用一系列标准数值测试问题和工程设计问题检验RMPS-SDS方法的性能,并与MPS和GA进行了对比研究。研究结果表明,在相同模型调用次数前提下,RMPS-SDS的优化结果更接近理论全局最优解,且鲁棒性更好。与标准MPS相比,RMPS-SDS方法求解高维优化问题的效率、收敛性和鲁棒性都具有明显优势,更具有工程实用性。

摘要：提出了一种基于迭代抽样和径向基插值的自适应代理模型方法。这种自适应方法以减少仿真计算数量和提高代理模型自适应能力为目的,使用多岛遗传算法选择新增样本点并使新增样本点位于设计空间的稀疏区域,使得所有的样本点均匀分布于设计空间。标准误差用来判断代理模型的精度大小以决定是否对代理模型进行更新。这种自适应代理模型结合多岛遗传算法对直升机的惯性传感器结构模态进行优化。用拉丁超立方抽样方法选择10个样本点构建初始的代理模型,自适应代理模型的计算结果表明2%的误差条件下需要额外增加7个样本点。优化结果表明不同的权重系数对最优模态特性的影响很大,惯性传感器结构的一至六阶模态值更加远离直升机的激励频率。

摘要：尾推式发射筒的某些橡胶元件需要设计一定尺寸的橡胶结构,放入有限空间并利用橡胶变形来实现密封功能。然而压缩橡胶的结构设计难度较大:一方面,橡胶的设计尺寸是被压缩之后的变形状态,而工厂生产的都是未变形的橡胶尺寸,因此设计变形前的橡胶形状,具有一定挑战性;另一方面,橡胶为不可压的超弹性体,若设计的初始尺寸过大,有限空间的限制将装不下橡胶或者橡胶直接被压坏,若设计的初始尺寸过小,压缩后的橡胶将无法填满有限的内部空间,则必然有部分气体从一侧通过未填满的缝隙进入另一侧,使密封特性失效。为了解决上述问题,文中采用基于模糊聚类的自适应代理模型的优化策略,研究了一种橡胶结构设计方法,能够在已知橡胶压缩后尺寸的情况下反推出橡胶变形前的状态。试验表明,利用该设计方法生产出的橡胶,能够一次性解决橡胶结构的密封问题。

摘要：为避免求解复杂工程系统多学科设计优化问题时需要反复调用复杂耗时的多学科分析和进行繁琐的灵敏度计算,提出了一种基于协同近似(CMSO)的多学科设计优化方法。首先通过一种协同模型来筛选出更能反映多学科问题本身属性的样本点,通过协同模型来保证系统的多学科一致性;然后通过这些样本点分别构建自适应代理模型,并进行代理模型的验证和确认;最后选择最佳的代理模型来构建多学科优化模型并使用序列二次规划法进行优化求解。通过一个数学算例和圆柱螺旋压缩弹簧设计案例验证了CMSO法的可行性和有效性,且与单学科可行法的比较结果表明了CMSO法的高效性。

摘要：针对运载火箭贮箱结构,基于渐近均匀化法建立考虑内压的非等厚筋条的加筋壳承载力快速计算方法。首先,采用渐近均匀化法获得加筋单胞的等效刚度阵,进而基于瑞利-里兹法计算考虑内压的整体失稳载荷,并基于板壳理论发展了加筋柱壳的蒙皮和筋条局部失稳载荷计算方法。此外,基于自适应代理模型优化方法,开展了考虑多种失效模式的加筋柱壳承载力最大化设计,以最优设计为例,分析了内压对加筋柱壳整体失稳载荷的影响规律。