基于非支配排序的并行加点方法研究及应用

代理优化方法可以大幅提升高精度数值优化的效率,而加点方法对于优化结果和效率非常重要。并行加点方法一次可以添加多个训练样本,从而可以充分发挥计算资源的利用率,并且提高效率。在包含子优化的紧密式代理优化框架上将预测值、预测方差和期望改善(EI)函数值两两结合作为子优化目标,构建3种多目标并行加点方法,提出基于非支配排序的并行加点样本的策略。以SC(six-hump camel back)函数和2维GN(Griewank)函数、5维Rosenbrock函数及10维HD1(high-dimension 1)函数作为无约束优化算例,以7维G9函数作为约束优化算例,将构建的3种多目标并行加点方法与混合并行加点方法进行对比分析,结果表明:多目标并行加点方法效果较好。采用多目标并行加点方法、混合并行加点方法及基于计算流体力学(CFD)的遗传算法开展了二维多段翼型起飞状态的升阻比优化。优化结果表明:在升力系数不减小的约束下,多目标并行加点方法经过少量CFD评估,得到的优化结果使升阻比提升了14%,证明多目标并行加点方法在工程问题中的适用性。

自适应设计空间扩展的高效代理模型气动优化设计方法

对基于Kriging模型气动优化的加点方法和设计空间的构建问题进行了研究。首先,针对高效全局优化(EGO)方法收敛缓慢的问题,提出了一种混合加点方法,该方法通过引入期望提高(EI)阈值控制EI和最小预测值(MP)加点准则,利用先全局再局部的优化思想,提高了EGO方法在确定设计空间内的收敛性。其次,针对设计空间的构建问题,对比了扩大设计变量范围和多轮优化两种不同的设计空间构建方法,分析了设计变量范围对设计空间大小和样本密度的影响,进而提出了自适应设计空间扩展的代理模型优化方法。相对于传统固定设计空间的方法,自适应设计空间扩展的方法在动态的设计空间中进行优化搜索,只在有潜力的维度扩展设计变量范围,通过构建自适应设计空间,实现了样本的高效配置。最后,通过ADODG标准翼型优化算例证实,自适应设计空间优化方法可以大幅提高气动优化设计效率。

面向多级加筋壳的高效变保真度代理模型

多级加筋壳结构作为一种新颖的航空航天薄壁结构,具有轻质、高承载的优势。由于其加筋结构复杂,导致基于高保真度模型的多级加筋壳后屈曲分析耗时较长,提高其后屈曲分析及优化效率对于多级加筋壳快速设计具有重要的意义。变保真度模型在复杂工程问题的设计与优化过程中得到了广泛的应用,其通过桥函数连接高保真度模型和低保真度模型,具有预测精度高和计算成本低的优点。首先建立了多级加筋壳结构的高保真度模型和低保真度模型,并基于高斯过程回归构建了多级加筋壳结构的变保真度模型,然后基于变保真度模型的最大均方根误差方法开展自适应加点。结果表明,在达到同样的较高预测精度水平时,基于提出方法构建的变保真度模型比直接采用高保真度模型构建的代理模型节约了60%的计算成本,表现出优异的效率优势。同时,还探讨了不同类型低保真度模型对于多级加筋壳结构变保真度模型预测精度的影响。分析结果表明,对于多级加筋壳承载力评估这类典型的后屈曲问题,建立可捕捉后屈曲特性的低保真度模型能有效提升变保真度模型的精度。