基于盲数理论的机械稳健性优化设计

在机械稳健性优化设计中不确定变量常被假定为服从某种特定分布的随机变量,在随后的优化模型中丢掉了这些不确定变量的初始数据,这种对不确定变量的处理方式往往不能真切地反映不确定变量的本质,使得出的结论偏离事实. 为了更加真切地反映这些不确定变量,使用盲数表达机械设计中的不确定变量,运用盲数运算规则表达各不确定变量之间的关系,把盲数理论和稳健设计相结合,建立基于盲数理论的稳健设计优化模型. 使用该优化模型对一个气动换向装置进行了优化计算,优化结果好于传统的稳健设计结果. 基于盲数的方法是一种离散化的数值计算方法,算例充分展示了其灵活性,证明了该优化方法是合理的和实用的.     

离散变量结构优化设计序列定界组合算法研究

首先给出了离散变量结构优化设计的数学模型,然后将总组合数按照设计变量的取值分类,把原规划问题分解成若干个维数更低、许用离散集更少的子问题;在算法设计过程中,将离散变量定界组合算法的思想应用于该问题,给出了定界的新方法。若干算例表明,该方法可以大大减少组合搜索的次数,提高解题效率。     

基于控制思想求解非线性规划问题的李雅普诺夫方法

为了高效求解非线性规划问题,对一种基于控制思想的新颖方法——李雅普诺夫方法——进行了研究.该方法将约束非线性规划问题转化为一个动态系统,基于系统的动态特性给出原优化问题的最优解.分别针对单目标和多目标的非线性规划问题,对算法的收敛性进行了分析,给出了算法在应用时松弛变量、增益因子等关键参数的取值建议.大量数值算例验证了上述收敛性及参数取值建议的正确性,表明了该方法在求解非线性规划问题时的巨大潜力和新颖性.     

基于区间数的高速磨床主轴系统的不确定性优化研究

为了更精确地反映主轴系统在工作状态下的情况,针对高速磨床主轴系统建立柔性体动力学模型,对其在不确定性磨削力作用下的工况进行数值模拟和优化研究.首先采用优化拉丁超立方试验设计方法在设计变量和不确定参数构成的混合空间内采样,再建立包含不确定量的主轴系统径向基函数近似模型,代替耗时的数值仿真模型.利用基于区间数的不确定性优化方法对高速磨床主轴系统进行优化设计研究.结果表明,利用基于区间数的不确定性优化方法,对主轴系统的关键参数进行优化后,表征磨削质量的刚体砂轮质心的径向跳动值比原来有了较大的减少,得到了在不确定磨削力影响下优化结果的响应区间.     

系统不确定性的数值计算方法

基于未确知理论，定义了系统不确定性的一个度量尺度——盲数方差。通过将系统“宽区间”范围的“强”不确定性离散化处理成“窄区间”范围的“弱”不确定性，给出了基于盲数的系统不确定性数值计算原理和方法。它是一种通用的数值计算方法，实际计算表明该方法的正确性和实用性。     

一种神经网络盲多用户检测

给出了一种神经网络盲多用户检测算法。这种盲检测算法基于最小平均输出能量准则,本质上是一个有约束的最优化问题。与传统方法相比,利用神经网络求解约束优化模型,可以有效降低计算量,保证实时性,同时使检测器的性能有所提高。     

盲数理论在采空区地基稳定性评价中的应用

采空区地质条件错综复杂,针对其物理力学参数具有多种不确定性信息共存的特点,将盲数理论引入采空区地基稳定性评价领域;结合巷道顶板的受力平衡分析,建立了基于盲数理论的评价模型,并将该模型应用于某工程实例,定量地评价了采空区地基的稳定程度。分析结果表明:运用盲数运算法则可以计算地基稳定性在不同取值区间内的可信度,它弥补了传统确定性方法描述过于绝对化的问题,为采空区地基稳定性的判别提供了更全面的依据,并为相近领域工程问题的解决提供了新的方法和思路。     

结构最大刚度拓扑优化的隐式方法

提出了结构在力、位移以及力与位移混合作用方式下结构最大刚度拓扑优化的一般性设计方法.设计目标为最大化结构的最小总势能,设计变量为单元的密度.通过SIMP(solid isotropic materials with penalization)准则建立设计变量与结构性能之间的关系.通过KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件推导了优化问题的最优解条件;并给出了基于最优解条件的变量迭代格式.迭代格式不显含目标函数,是一种隐式的求解方法.数值算例表明,对于结构承受力、位移以及力和位移混合作用时均能够获得准确结果,且方法具有简洁高效的特点.     

基于盲数BM模型的电网灵活规划方法

介绍了盲数BM模型及其特点，采用了盲数描述电网规划中各种不确定性信息，提出了基于盲数BM模型的电网规划模型，并利用成本效益分析方法求得具有最佳经济性和可靠性的电网灵活规划方案，算例分析表明，基于盲数BM模型描述和处理不确定性信息获得的电网灵活规划方案具有更好的灵活性、适应性。     

基于区间数可能度的地震应急物资分配优化方法

地震应急物资分配优化是地震应急救援决策工作的基础,研究物资不足条件下应急物资的最优分配方法具有非常重要的意义.本文分析了地震应急物资分配的不确定性,论述了用区间数形式描述地震应急物资分配决策信息的可行性;介绍了数值型数据的标准化方法,给出了区间数可能度的算法及性质;在分析区间数排序的可能度法的基础上,改进了区间数可能度矩阵;定义了基于区间数可能度的最优分配系数,推导出最优分配系数的计算公式;以灾区区域大小、受灾程度、人口密度及灾区群众需求为受灾区域地震应急物资分配方案的4个属性,构建了基于区间数可能度的地震应急物资分配优化模型,并给出了模型的求解过程.通过算例分析验证了该方法的有效性.     

基于混合离散复合形法的工程优化设计

针对工程中大量存在的设计变量为离散型和连续型的混合离散变量优化设计问题,提出了连续变量及非均匀离散变量的均匀离散化处理方法,并借鉴离散变量的搜索优化法,在连续变量的复合形法基础上,探讨了一种求解有约束非线性混合离散变量的优化设计问题的方法———混合离散复合形法。算例表明,混合离散复合形法可用于工程结构优化设计中,其结果不需圆整,解题可靠性和效率大大提高。     

不同边界对梁结构的形状拓扑优化及对比

本文讲述了结构优化设计的必要性,并介绍了主要优化方法和了常用的拓扑优化方法。基于均匀化拓扑优化方法,建立了以体积为目标函数,在不同边界下,梁结构的不同布局的拓扑优化模型。借助于ANSYS软件平台,利用APDL语言实现了研究所运用的优化算法,数值算例验证了该方法的可行性和有效性,减少了设计变量的数目,提高了求解效率。     

码头结构布局优化及其离散复合形算法

码头结构的合理布局（指纵、横梁及桩的数目和布置）对其经济性有很大影响，可通过布局优化设计为码头结构的初步设计提供最优布局方案。研究了以最小造价为目标，以纵横梁及桩数为布局变量的全直桩梁板码头结构布局的优化设计，给出约束非线性混合离散变量优化模型，采用离散复合形法直接求其离散最优解。算例表明，本文为这种码头优化布局方案的确定提供了一个快捷实用的方法。     

基于Rankine源法的船体线型优化设计

在船舶初步设计阶段,为了快速、准确地获得阻力性能优良的船型方案,将势流兴波阻力理论Rankine源法、黏性理论和最优化技术有机结合,开发了适用于实船的线型优化设计程序.在优化计算过程中,将降低兴波阻力作为主要目标,将排水量限制作为基本约束条件,将反映船型变化的船型修改函数参数作为设计变量,采用非线性规划法中的SUMT(sequential unconstrained minimization technique)内点法进行最优化计算.通过对某高速水面舰船前半体不同区域的优化计算,获得的改良船型降阻效果明显,由此验证了该程序用于船型优化的有效性和可行性.     

无轴轮缘推进器电磁驱动结构优化设计

无轴轮缘推进器对中国水下事业有重要作用,其电磁驱动部分采用大内径内转子永磁无刷直流电机结构。对无轴轮缘推进器电磁驱动部分的永磁无刷直流电机结构进行设计,并基于Maxwell进行电机性能优化分析,以提高其性能。选取效率和起动电流等4个参数为优化目标,选取与槽型相关的6个参数为优化变量。采用反向传播(back propagation, BP)神经网络建立优化变量与优化目标的关系式,采用线性加权法确定适应度函数,对电机进行多目标优化分析以提高其性能。最后将求得的最优解代回到Maxwell电机模型,验证求解结果的有效性。结果表明：优化后电机各项性能有所提升,优化结果较好,达到了预期效果。     

反问题与神经网络相结合的混流泵叶片优化设计

针对三元扭曲叶片优化设计过程中设计变量较多的问题，采用动量矩为设计变量，再通过反问题计算得到叶片来间接对叶片进行参数化；针对评价函数计算量太大的问题，根据试验设计理论安排训练样本，采用神经网络建立设计变量与目标函数间的复杂的响应关系，并且详细研究了反向传播和径向基函数2种网络在对评价函数进行预测过程中的应用，建立了一种新的叶片优化设计方法，与传统的优化方法相比，其设计变量数目较少，以叶轮内的三维粘性流动分析为基础且大大缩短了计算时间，利用此方法对一台混流泵的扬程和效率进行优化，所得叶片性能良好，从而验证了此方法的有效性。     

基于伴随方法、梯度增强Kriging方法的涡扇发动机进气道减噪高效优化方法研究

发动机进气道减噪优化设计问题中涉及大量设计变量,使用常规的Kriging模型来求解时计算量巨大且计算效率低下。为了高效设计低噪声进气道,本文首次发展了用于管道声学问题的声传播方法、伴随方法、梯度增强Kriging方法的混合方法,提出了一套基于声学伴随方法和梯度增强代理模型的高效优化设计框架。本文利用伴随方法高效求解设计变量的梯度信息,并加入Kriging代理模型中,显著提高了代理模型的精度,阐述了梯度增强Kriging方法和伴随混合方法在低噪声涡扇发动机进气道设计中的应用潜力。首先通过两个标准函数,测试了梯度增强的Kriging方法的寻优性能。最后,应用发展的混合方法进行了高达24个设计变量的典型进气道低噪声设计。结果表明,在额外的梯度信息下,混合方法可设计出满足气动性能约束的低噪声进气道,验证了设计框架的有效性和高效率。     

基于模糊理论和遗传算法的航空齿轮可靠性优化设计

该文运用模糊理论,建立全面考虑设计变量模糊性和随机性的数学模型,并针对设计变量的多样性,采用实值编码自适应遗传算法对航空齿轮进行可靠性优化.结果表明,基于模糊理论和遗传算法的优化方法能找到更符合工程实际的优化解.