结构可靠度计算的Neumann展开响应面法

当结构功能函数无法表达为随机变量的解析表达式时,响应面法是一种有效的可靠度计算方法,但该法在进行有限元数值试验时需进行多次确定性有限元分析,效率较低。提出一种改进的响应面法,即Neumann展开响应面法,该法通过引入Neumann级数展开式,可以有效缩短有限元数值试验时间,从而提高响应面法的计算效率。数值算例表明,结构刚度矩阵规模越大,Neumann展开响应面法的计算效率越高。     

轻卡外流场数值模拟及附加井字形格栅优化设计

文章对某轻卡进行外流场的数值模拟,通过对模型流场特性的分析,研究气动阻力产生的主要原因。对货箱加装井字型格栅,分析其对整车气动阻力的影响;将格栅的造型参数作为2个影响因子,采用拉丁超立方设计方法和最小二乘法创建二阶响应面模型,利用混合整型优化法进行参数优化,优化后与原型设计相比,整车气动阻力明显减小,表明该方法能有效地提高格栅减阻效果和CFD优化效率。     

最大离差值极小响应面及按Kreisselmerier-Steinhauser函数的拟合

现有的响应曲面是按最小二乘法实现的。提出一种响应面拟合方法:使响应面函数同样本值之间的最大距离极小。该方法运用Kreisselmerier-Steinhauser函数的特性,建立数学模型,采用求导、泰勒展开、数值迭代等方法确定响应面函数的系数。在数值迭代过程中以最小二乘法获得的结果作为迭代初值。通过一系列算例得出,Kreisselmerier-Steinhauser函数法获得的响应面函数能够达到最大距离最小的目的;该方法获得的响应面函数与最小二乘法拟合的响应面函数相比,在与样本值差的均方根相对增加不大的情况下,能显著减少最大距离;采用变熵参数方法能获得更好的解。本途径不仅丰富了响应面的构造方法,而且可满足实际工程问题中希望响应函数与样本值最大距离极小化的需求。     

数据挖掘中并行离散化数据准备优化

在海量数据挖掘中,针对元数据的离散化数据准备处理能有效提高数据挖掘效率.本文提出了一种并行比较并获得最优离散化的数据准备算法(AOA),针对不同数据集,先进行数据集的特性检测以获得数据集分布特性,按照分布特性进行数据集的异常值检测和剔除,并行完成与分布特性适配的离散化方法处理,通过比较不同离散化方法的熵、方差指数、稳定性参数的最小欧氏距离,根据三个参数自动化比选,获得最优离散化的预处理成果.仿真表明,对不同样本数据库进行关联规则挖掘结果中,比较四种固定的离散化数据预处理方法,在使用AOA数据准备算法并行比选出最优的离散化来数据预处理后,在不同最小支持度阈值情况下,挖掘得到关联规则数都更少,因此效率得到提高.     

桥梁结构基于高维模型拟合响应面的参数识别

为提高响应面法在桥梁结构参数识别中的计算精度,提出了基于高维模型拟合响应面的参数识别方法.即采用HDMR响应面法拟合结构响应面,并基于该响应面进行结构参数的识别.研究了HDMR响应面的基本构造方法,阐述了在响应面基础上通过有约束最小二乘优化实现参数识别的一般过程.以一座连续梁及一座独塔斜拉桥为算例进行分析,探讨了该方法在结构参数识别中的计算精度及效率.结果表明,相比传统响应面法,该方法在计算精度上具有显著优势.同时也验证了该方法在大型桥梁结构参数识别中的可靠性和适用性.     

响应面法的完全数值方案及其在悬挂参数优化中的应用

本文根据响应面法的基本思想设计试验方案,根据动态系统参数识别与优化的要求,提出适用于动态系统随机仿真优化数值计算的算法RSM,研制了一个完整的自动运用响应面法进行随机仿真优化的数值计算方案,并用C 语言研制响应面法优化程序,以车辆悬挂参数的优化为例进行了数值分析.与穷举法和Matlab的非线性最优化方法的计算结果比较,响应面法在相同计算精度的情况下计算量明显减少,还提供响应与因素之间关系的重要信息,有利于数值试验和理论研究的深入进行.     

化学驱软件中化学平衡的并行计算

为了探索化学驱油藏数值模拟软件高效的整体并行化方案 ,对 DQCHEM2 .0软件中化学平衡计算部分进行并行化改造 ,设计了两种区域分解并行化的方式。一种方式是将整个区域按 CPU数进行分解 ,每个 CPU计算一个子域 ;另一种方式是按照额定的子域中网格单元的数量进行分解 ,每个 CPU将计算多个子域。比较而言 ,前者数据传输量少 ,而后者有利于负载平衡。在并行程序中 ,采用 MPI消息传递库实现数据的传输。测试结果显示了较好的局部并行效率。 8个 CPU的加速比达到 6.4。对测试数据的分析表明 ,两种区域分解方法适用于不同的情况     

OpenMP中隐式数据并行编译策略

为了实现OpenMPFortranAPI2.0中通过WORKSHARE语句提供的对隐式数据并行的支持,提出了计算划分原则、计算划分算法以及实现方案。还给出了针对编译中产生的冗余同步以及相容的DO循环等情况的优化技术。将实现方案与EFC(Intel产品编译器)进行了对比测试。结果表明,该并行编译策略有效地实现了对隐式数据并行的支持。所述优化技术能够提高并行程序执行效率:消除冗余同步对于负载不平衡的情况所提高的效率与各线程最小总等待时间成正比;合并循环体能提高7%左右的效率。     

前向离心风机蜗壳出口结构的数值优化

对某前向离心风机内部三维非定常流动进行了数值计算,重点研究了蜗壳出口的3个结构参数--蜗壳出口扩张角、叶轮的露出长度以及蜗舌间隙对风机气动性能及气动噪声的综合影响.通过响应面方法对数值结果进行二次回归拟合,得到3个结构参数与风机效率和A声级间的函数关系,并进行了优化分析.数值结果表明:叶轮露出长度和蜗舌间隙对风机效率和A声级影响较为显著,通过优化能够在保持风机效率基本不变的情况下使A声级降低9.4 dB.将可靠的CFD数值技术与响应面方法结合起来用于指导离心风机的改进及试验设计是可行的.     

响应面法优化乳酸乳球菌电转化效率研究

乳酸乳球菌NZ9000是乳酸菌食品级高效蛋白表达系统中使用最广泛的宿主菌株。为获得高效的电转化效率,首先采用单因素试验,对影响NZ9000电转化效率的各因素:生长阶段、甘氨酸浓度、质粒浓度、电场强度、复苏培养和复苏时间进行优化;然后利用响应面法对其中的关键因素进一步优化,确定最佳电转化条件为吸光值OD600 0.2,甘氨酸浓度8 g/L和电场强度12.5 kV/cm,电转化效率达到3.76×10~7 CFU/μg DNA,比优化前提高了250%。本研究通过优化乳酸乳球菌NZ9000感受态的制备方法,提高了电转化效率,为深入挖掘乳酸乳球菌感受态潜力奠定了基础。     

序列响应面方法在薄壁梁轻量化设计中的应用

提出将近似模型引入到薄壁梁的耐撞性优化设计中,并利用序列响应面优化方法对近似模型进行优化。针对基于有限元网格模型的设计变量难于参数化的问题,开发了相应的程序将薄壁梁的材料、截面尺寸及焊点布置等参数进行参数化建模。研究结果表明:优化设计改善了薄壁梁的吸能特性,使它的质量大大减轻;基于近似模型的优化算法能较大程度地提高优化效率。     

参数并行：一种基于群启发式算法的机器学习参数寻优方法

针对机器学习算法超参数寻优效率低的问题和参数寻优主流算法的特点,提出了一种基于参数并行机制的机器学参数寻优方法。该方法利用群启发式算法来进行机器学习算法的参数寻优,将种群转换为Spark平台特有的弹性分布式数据集,针对参数寻优耗时特点并行计算种群中个体适应度。选取随机森林和遗传算法作为实验算法设计了多组实验对所提出的学习训练方法进行验证。实验结果表明,在20万条以下的小数据量下,文中提出的基于参数并行机制的机器学习参数寻优方法与基于数据并行机制的机器学习参数寻优方法相比,运行时间最多能够减少2个小时,并具有良好的可扩展性。     

基于自适应响应面的多边形坯料形状优化设计

为了减轻设计者繁重的坯料形状试错仿真工作,对板料冲压工艺中具有很强实用价值的多边形坯料形状进行了优化设计.采用智能试验设计、移动最小二乘法、自适应优化更新方法构建响应面代理模型,优化多边形坯料形状,并开发了相应优化设计程序.以某汽车侧围内上板实际零件冲压成形为算例,进行了坯料智能设计,并对优化前后的成形效果进行比较.结果表明:优化后的坯料其成形破裂、起皱缺陷明显减少,能够获得较好的成形;文中方法可提高基于响应面代理模型的优化设计效率及精度,有助于提升模具设计智能程度,加快模具设计进程、减少生产成本.     

基于并发Options 的双边多议题协商模型优化

针对双边多议题协商中的僵局问题,提出利用并发Options优化协商模型的方法.这种方法可在不降低双边协商效用的前提下,并行动态优化与僵局议题相关的多个议题的保留值.电子商务的实验结果表明:基于并发Options的协商模型优化方法是有效的;无论是学习速度,还是最佳策略的优化程度和泛化能力,该方法均明显优于基于标准Options和Q-学习的优化方法.     

基于组合优化策略的离心泵叶轮优化设计

为了缩短水力机械的水力设计周期和提高设计效率,提出了一种水力机械全三维的优化设计体系,实现了叶片参数化设计、网格划分、CFD计算和后处理的过程全自动集成。采用了遗传算法(GA)全局探索、响应面(RSM)近似建模和二次序列规划方法(SQP)局部寻优的二阶组合优化策略,达到了高效优化设计水力机械叶轮的目的。利用该优化设计平台,以离心泵叶轮水力效率最大化为目标函数,以影响叶片形状的多个几何参数为设计变量,对离心泵叶轮进行了优化设计。优化设计后叶轮水力效率由原来的89.8%提高到92.4%。     

Integration of a statistical emulator approach with the SCE-UA method for parameter optimization of a hydrological model

Parameter optimization of a hydrological model is an indispensable process within model development and application.The lack of knowledge regarding the efficient optimization of model parameters often results in a bottle-neck within the modeling process,resulting in the effective calibration and validation of distributed hydrological models being more difficult to achieve.The classical approaches to global parameter optimization are usually characterized by being time consuming,and having a high computation cost.For this reason,an integrated approach coupling a meta-modeling approach with the SCE-UA method was proposed,and applied within this study to optimize hydrological model parameter estimation.Meta-modeling was used to determine the optimization range for all parameters,following which the SCE-UA method was applied to achieve global parameter optimization.The multivariate regression adaptive splines method was used to construct the response surface as a surrogate model to a complex hydrological model.In this study,the daily distributed time-variant gain model(DTVGM) applied to the Huaihe River Basin,China,was chosen as a case study.The integrated objective function based on the water balance coefficient and the Nash-Sutcliffe coefficient was used to evaluate the model performance.The case study shows that the integrated method can efficiently complete the multi-parameter optimization process,and also demonstrates that the method is a powerful tool for efficient parameter optimization.     

二维方腔内热表面张力流的格子Boltzmann方法模拟

热表面张力驱动的对流是微重力下浮区法晶体生长中熔体最重要的物质与热输运方式。采用单松弛双分布函数格子Boltzmann模型,自主开发了相应的格子Boltzmann方法的串行和MPI并行程序包,并应用该程序包对开口方腔内流体的二维热表面张力对流进行了数值模拟研究。其中串行程序合并碰撞迁移过程和引入临时数组以连续读入分布函数,相比分开碰撞迁移过程,计算性能提高了二倍;在此基础上,采用单向计算区域分区和非阻塞通信模式,实现了MPI版格子Boltzmann并行程序包开发。对比基于传统有限体积法CFD程序计算结果表明,串行和MPI并行版格子Boltzmann程序包计算结果精确可靠;并行程序具有较好的性能。     

ZnO陷光结构材料的制备及其太阳能电池性能的研究

采用一步低温水溶液法在未制绒的单晶硅材料表面制备ZnO纳米棒阵列陷光结构材料,通过调控生长温度,对纳米棒阵列参数进行调控.利用扫描电子显微镜对不同条件下制备的ZnO纳米棒阵列材料的形貌进行表征,探究生长温度对阵列参数的影响.采用X射线衍射仪、荧光分光光度计、紫外-可见-近红外光谱仪对ZnO纳米棒阵列的晶体结构及光学特性进行分析.结果表明:低温水溶液法制备的ZnO纳米棒阵列结构具有较好的晶体品质、较高的透过率及较好的陷光效果.与2种材料(未制绒的裸硅片、仅有SiN_x减反射层的硅片)的表面相比,陷光结构硅的表面反射率有较大幅度的降低.将该陷光结构材料应用于未制绒且镀有SiN_x减反射层的单晶硅太阳能电池,与裸硅表面材料的太阳能电池相比,该电池的短路电流密度及转换效率分别提高了30.19%和33.87%.该陷光结构材料具有较好的陷光效果,且易于通过调控生长条件对其陷光效果进行优化.     

轮胎胎冠形状优化的自适应序列响应面法

复杂工程结构的形状优化问题伴随着隐式的目标函数和约束条件,难以得到显式的灵敏度公式。轮胎有限元分析涉及多重非线性性质,这使轮胎的形状优化问题更加复杂。该文基于响应面法给出了一种序列局部响应面的自适应方案,来求解轮胎胎冠形状优化问题。借鉴线性问题的射线步法,给出了增量射线步的公式来调整违背约束的情况,并采取了一些措施来抑制迭代的振荡。应用到以接地压力分布均匀度为目标、胎冠形状参数为设计变量的优化问题中,经过十几次迭代即得到收敛的结果,验证了该方法处理复杂的优化问题的可行性和高效率性。     

利用设备响应状态信息的运行可靠性评估

为了保障关键设备的运行安全可靠,以克服经典的可靠性分析方法难以评估单台运行设备可靠性的不足,提出了一种利用设备响应状态信息的运行可靠性评估方法.该方法利用设备响应状态信息,应用小波包分析和距离评估技术,提取并优选反映设备运行状态的敏感特征指标,然后结合比例协变量模型,给出基本响应协变量函数的定量计算方法,从而建立了设备的可靠性评估模型,实现了设备的运行可靠性评估.该方法通过特征优选将敏感响应协变量特征指标引入到设备可靠性评估中,实现了基本响应协变量函数的准确定量计算及设备运行可靠性的有效评估.将该方法应用到数控机床刀具的可靠性分析中,有效地评估了数控机床刀具的运行可靠性,并验证了提出方法的合理性和有效性.