基于迭代均值组合近似模型和序贯优化与可靠性评估法的船舶结构优化设计

针对传统可靠性优化方法不能同时保证大型船舶结构计算效率与精度的问题,在船舶结构优化设计中考虑设计变量的不确定性,通过迭代均值组合(ER)近似模型和粒子群算法(PSO)提高序贯优化与可靠性评估(SORA)法的计算效率和精度,建立了改进的可靠性优化设计流程并解决了多用途船舱段的可靠性优化问题.其中:SORA法将可靠性分析与优化过程解耦,并提高了可靠性优化效率;PSO保证了SORA法优化所获全局最优解的计算效率;ER近似模型能够以最少的采样点建立满足精度要求的近似模型,并代替最有可能的失效点(MPP)和优化过程中耗时的有限元计算.多用途船舱段的可靠性优化结果表明:可靠性优化相较于确定性优化更有实际意义;改进的可靠性优化设计流程在保证计算精度的同时能够显著降低计算成本.     

面向混合不确定性的可靠性设计优化方法研究

针对可靠性设计优化过程中,模型受到不确定性参数的影响而使计算可靠度困难的问题,提出一种面向设计变量和参数同时存在不确定性情况下的可靠性指标计算方法.基于克里金响应面进行估值,计算数据分布特征,拟合数据分布的概率密度函数,形成混合不确定性的统一量化表达形式,根据可靠性理论的应力强度干涉模型,使用联合概率积分法计算得到设计点的可靠度.在此基础上构建基于克里金响应面的可靠性设计优化流程,实现设计变量和参数同时存在不确定性时的可靠性设计优化.通过典型算例进行分析,计算结果表明:与只含有设计变量不确定性的情况相比,该方法可有效应对参数不确定性造成的影响.     

概率约束优化问题的一个光滑D.C.近似

概率约束优化问题通常是非凸且非光滑的,因而在数值计算上存在困难.基于Pinar-Zenios光滑和函数,建立了概率约束优化问题的一个光滑D.C.近似问题,提出了求解光滑D.C.近似问题的序列凸近似(SCA)算法,分析了初始解的选取方法,并讨论了算法的收敛性,收敛定理表明可以由SCA算法可以得到光滑D.C.近似问题的KKT点,并且在迭代过程中,确保了由SCA算法生成的解序列的极限点是近似问题的KKT点.     

结构可靠性优化设计的证据理论和微分演化方法

采用证据理论作为传统概率的替代方法处理不精确的数据信息,提出了基于证据理论的可靠性优化设计方法.该方法针对给定的失效概率许用值Pf,通过计算证据理论的不确定测度Pl(F),以Pl(F)Pf作为可靠性约束条件的替代模型进行可靠性优化设计.为了降低基于证据理论不确定量化分析的计算成本,引入微分演化优化算法计算区间边界值.以典型桁架结构形状优化问题为例,验证了所提出方法的准确性和有效性.     

基于Chebyshev零点多项式区间不确定的可靠性拓扑优化设计

传统的结构拓扑优化分析和设计都是基于特定参数确定性的物理模型。然而,在实际的结构设计中存在着广泛的不确定性,这种不确定性严重影响结构的物理性能。文中基于多椭球凸模型的非概率可靠性来量化结构参数的变化,研究存在不确定但有界的参数的连续体结构的拓扑优化问题。首先,建立变量具区间不确定性的可靠性拓扑优化模型,以结构设计区域质量最小为目标函数;然后,根据可靠性指标的几何意义,应用非概率模型寻求满足目标可靠性指标约束的设计点;在此基础上,应用区间Chebyshev零点多项式逼近归一化随机变量的真实极限状态函数,并利用单环可靠性算法计算相应目标可靠性指标下的最佳设计点值,从而使得非概率可靠性优化问题可以转化为确定性优化问题。两个数值例子说明了方法的有效性。结果表明,与确定性的结构拓扑优化设计相比,考虑变量随机性的可靠性拓扑优化能够获得更加可靠的拓扑结构。     

基于移动渐近线展开式的结构位移拓扑优化

针对仅有位移约束和重量最小的结构拓扑优化问题,结合独立、连续、映射方法思路和移动渐近线方法,建立了一套适合较大设计变量变化范围的位移近似表示式.结合变位移限措施和对偶求解方法,形成了一种基于移动渐近线展开式的位移约束下的结构拓扑优化方法.算例计算结果表明,该方法求解速度较快,能够得到较清晰的最佳结构拓扑.     

理性运动极限及其在优化算法中的应用

优化求解有时需要提供近似模型代替实际复杂的问题,而近似模型只是在一定程度上逼近原始问题．优化模型如果在不可靠的近似函数上进行,就会导致迭代的目标函数值振荡、迭代收敛缓慢甚至不收敛,从而使最终结果有时可能不满足约束条件．通过给设计变量施加运动极限可以提高近似模型在一定范围内的可靠性．通常给定运动极限的方法是准则法,这种方法较为粗糙,不是根据近似函数本身的性质得出的理性结果．本文用累积信息的约束二阶估计近似显式代替准确的约束条件函数作为评价函数来构造运动极限的理性估计式,从而求得理性运动极限,并将这一方法应用于序列二次规划（SQP）算法中,数值算例表明了这一方法的可行性和有效性．     

基于L形算法的多阶段电网规划

提出了一种计算精度能够满足工程需要,而计算效率显著提高的多阶段网络规划新算法．该方法在灵敏度分析方法上构建输电网多阶段网络规划的线性近似模型,采用Ｌ形算法对该模型进行分解处理,将一个多阶段的高阶电网规划问题转化为多个规划子事件进行降价迭代计算,最终收敛到原始规划问题的满意解．所提方法不仅可以显著提高求解速度和减少内存消耗,而且可以获得与其他方法等效的网络优化扩展方案．通过一个测试算例,验证了该方法的有效性和可行性．     

耦合热声网络与激励盘模型预测燃烧室的不稳定振荡

为解决燃烧室出口阻抗边界条件不定问题,提出了一种跨部件热声耦合计算方法:在燃烧室内采用热声网络低阶模型求解热声振荡过程,在涡轮内采用激励盘模型求解熵波、涡波与声波传播过程,在部件交界面上采用声阻抗作为过渡变量,通过部件内迭代与跨部件的外迭代策略获得系统解。耦合计算模型映射了熵波、涡波和声波在燃烧室与涡轮间传播的物理过程,清晰地描述了以燃烧室与涡轮的结构与气动参数为隐变量的等效声阻抗函数。经过算例测试与试验对比验证,结果表明:激励盘模型能够精确评估涡轮前的等效声阻抗;相对于非耦合计算方法,耦合计算方法能够准确判定热声振荡过程的发生、精确计算振荡频率与燃烧室声模态分布。本文的研究结果可为向高阶模型的耦合计算推广奠定理论基础。     

基于模糊可靠度的机械零件设计

依据模糊数学原理将模糊可靠性问题转化为常规可靠性问题来计算机械零件的模糊可靠性。将模糊集合理论应用机械零件的可靠性设计中,对隶属函数的选择进行了分析。推导了模糊可靠度的计算模型。通过将非正态分布变量在设计点做当量正态变换来求解结构的安全指标和失效概率。通过算例对模型进行了验证。