基于二次外罚函数和Kriging模型的目标级联方法研究

发布时间：2017-10-19 20:45

  本文关键词：基于二次外罚函数和Kriging模型的目标级联方法研究

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【摘要】：复杂工程产品设计通常涉及多个学科,且学科之间耦合度高,存在着计算复杂性和组织复杂性问题,在这种实际应用背景下,多学科设计优化(MDO)应运而生。MDO是将复杂工程产品的设计优化问题分解为多个较易解决的子问题,并采用协调策略对分解后的问题进行协调求解,通过分解解耦-协调来完成对原问题的设计优化。MDO方法(通常也称为MDO策略)就是通过对问题的分解解耦和协调来完成设计优化。近年来,众多的MDO方法被提出并应用于工程实践中。其中,目标级联(ATC)方法是一种比较新的基于分解协调技术的MDO方法。本文针对目前ATC方法中的协调策略所存在的协调过程复杂、计算量大等问题,提出了一种协调策略-基于二次外罚函数的协调策略(QEPF)。同时,由于近似模型能够对复杂、隐式未知的函数关系或计算量大的仿真分析进行简化替代,可以极大地降低求解问题的计算量,它在多学科设计优化中得到了有效而广泛的应用。本文将近似模型引入到其中,以提高求解效率,降低计算量。本文的主要工作如下： 首先,提出了基于二次外罚函数的ATC方法。在分析对比了四种MDO方法的基础上,深入研究了综合性能较好的目标级联方法。针对目前存在的ATC方法的协调策略所存在的计算量大等问题,提出了基于二次外罚函数的协调策略,该策略的协调流程较简单,弥补了已有策略计算量大的不足。通过几何规划的数学算例验证ATC-QEPF方法可用性和有效性。 其次,将近似模型技术引入ATC-QEPF方法中,并在总结分析已有近似模型的基础上,选择综合性能较佳的Kriging模型,提出了基于Kriging模型的ATC-QEPF方法。该方法避免了在设计优化的迭代过程中调用计算量大的仿真模型,同时又避免了数值噪声的影响。并通过齿轮减速箱的工程算例验证了该方法,证明了KATC-QEPF方法在保证了计算精度的前提下,大大降低了计算量,提高问题的设计优化效率。 最后,在前面研究成果的基础上,将所提出的KATC-QEPF方法应用于某飞行器的概念设计优化中,设计结果说明了采用本文所提出的方法进行飞行器的总体设计能够获得比较理想的设计效果,同时证明了KATC-QEPF方法是一种高效可行的MDO方法,能够快速准确地对复杂工程产品进行多学科设计优化。
【关键词】：多学科设计优化 目标级联方法 协调策略 二次外罚函数 Kriging模型
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH122
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 缩略词说明7-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 课题来源及研究目的10
• 1.2 研究背景及意义10-12
• 1.3 国内外研究现状12-17
• 1.4 本文主要工作与结构17-20
• 2 基于二次外罚函数的ATC方法研究20-35
• 2.1 引言20
• 2.2 MDO方法的对比分析20-25
• 2.3 基于二次外罚函数的ATC方法25-31
• 2.4 算例测试31-34
• 2.5 本章小结34-35
• 3 基于Kriging模型的ATC-QEPF方法研究35-50
• 3.1 引言35
• 3.2 多学科设计优化中常见近似模型的研究35-40
• 3.3 基于Kriging模型的ATC-QEPF方法40-41
• 3.4 算例测试41-49
• 3.5 本章小结49-50
• 4 KATC-QEPF方法的工程应用50-61
• 4.1 引言50
• 4.2 飞行器问题描述50-54
• 4.3 KATC-QEPF方法的应用54-60
• 4.4 本章小结60-61
• 5 总结与展望61-63
• 5.1 全文总结61-62
• 5.2 研究展望62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-71
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1063244