一种自由度缩减和收敛加速的高效等几何拓扑优化方法

为提高等几何拓扑优化效率,提出了一种高效等几何拓扑优化方法,从自由度缩减和收敛加速两个方面对等几何拓扑优化进行加速。自由度缩减算法包括基于位移变化的自由度缩减和基于空单元的自由度缩减,收敛加速算法包括设计变量缩减和灰度抑制算法。二维和三维算例结果表明,所提出的高效等几何拓扑优化方法在保证优化精度的同时,相对于传统等几何拓扑优化方法的加速比为1.56~6.02,显著提高了等几何拓扑优化的效率,为产品结构的高效高质量设计提供了有力支撑。

偏最小二乘Kriging模型辅助的高效全局优化方法

针对昂贵约束优化问题中因超参数过多引发的维数灾难及优化效率不高问题,提出一种新的偏最小二乘Kriging模型辅助的高效全局优化方法。该方法通过偏最小二乘核函数提升Kriging模型建模效率,构建两种偏最小二乘权期望填充准则实现模型的自适应调整及高效全局优化。测试函数及工程实例结果表明,所提方法可有效减少超参数计算量,提升昂贵约束优化问题求解效率。尤其在高维问题中,所提方法在解的收敛速度,稳健性及精度方面均具有优势。

考虑高耗时约束的全电推进卫星多学科优化

为提高卫星系统整体性能与优化设计效率,本文采用多学科设计优化(MDO)方法进行全电推进卫星总体参数优化。主要考虑轨道转移、位置保持、空间环境、供配电、结构及质量六个学科,以整星质量最小为优化目标,考虑轨道转移时间等约束条件,建立了全电推进卫星MDO模型。提出一种基于增广拉格朗日乘子法的高效全局优化方法(ALM-EGO)以快速求解卫星MDO问题。标准数值算例对比研究表明,对于处理高耗时约束优化问题,ALM-EGO方法在全局收敛性与优化效率方面具有一定的优势。最后,采用ALM-EGO求解全电推进卫星MDO问题,优化后的全电推进卫星设计方案满足各类工程设计约束,实现整星减重161.09 kg,从而验证了本文所建立模型的合理性和ALM-EGO方法的有效性。

超声速民机高效高可信度声爆/气动多学科优化方法

如何降低声爆强度和提高巡航气动效率是超声速民机的关键研究问题之一。针对目前声爆/气动多学科优化研究中存在的高可信度优化效率低和忽略大尺度布局参数等问题,提出了一种超声速民机高效高可信度声爆/气动多学科优化方法。自研了一套基于非线性Burgers方程的远场声爆传播程序“BoomProp”,结合基于CFD的近场流动预测方法,建立了高可信度地面声爆强度预测流程。采用基于CEHVIM准则的高效全局约束多目标优化算法,耦合高维不规则设计空间的最优拉丁超体试验设计方法、布局参数化自动成型、网格自动生成与高可信度声爆/气动性能预测方法,搭建了超声速民机高效高可信度声爆/气动多学科优化平台。基于该平台针对机翼布局开展了声爆/气动多学科优化,优化结果在声爆与阻力性能方面有较为明显提升,同时与基于Kriging代理模型的NSGA-Ⅱ多目标遗传算法对比,综合验证了所提出方法的有效性与高效性。

一种针对不确定性结构的区间鲁棒性优化方法

本文提出一种针对不确定性结构的区间鲁棒性优化方法.首先,采用区间模型度量目标函数和约束函数中的不确定变量和参数.然后引入鲁棒性评价因子来度量目标函数的鲁棒性,并采用区间可能度方法(RPDI)处理不确定约束,进而建立区间鲁棒性优化模型.针对区间鲁棒性优化求解效率较低的问题,提出一种高效的优化方法,该方法将双层嵌套优化问题解耦为区间分析和确定性优化方法序列求解的问题.在每一迭代步,根据在当前设计点下的区间分析结果构建一个等效确定性优化问题,然后通过求解该问题更新设计点.此外,本文还提出一种迭代机制,来提高整个优化过程的收敛速度.最后,给出了三个数值算例和一个工程算例验证本文方法的有效性.