代理模型技术及其在飞行器可靠性优化中的应用研究

发布时间：2021-06-06 06:15

　　随着航空航天和计算机技术的发展,飞行器设计中的分析模型越来越精细,各种不确定因素在设计中也被加以量化。为了得到更加可靠且性能优异的设计方案,设计者开始逐渐关注基于可靠性的优化（Reliability-Based Optimization,RBO）方法。然而,当面对复杂耗时的学科分析模型时,可靠性优化中相互嵌套的可靠性分析和优化过程使得问题求解面临巨大的挑战。本文针对复杂耗时模型在可靠性优化过程中分析、可靠性分析和优化过程三方面计算量大的问题,采用代理模型技术减少耗时模型评估次数、提高计算效率,主要研究内容及创新成果如下:（1）提出一种基于协同径向基函数（Cooperative Radial Basis Function,Co-RBF）的变复杂度模型,减少了构建全局代理模型时所需的高精度样本数量。Co-RBF利用径向基函数和低精度模型作为基函数,构造了融合高低精度模型信息的变复杂模型,并通过交叉验证对模型参数进行优化。通过数值和工程算例将Co-RBF与其它已有变复杂度方法进行了对比,验证了所提方法的可行性和高效性。（2）提出一种基于混合增点和区间缩减的序贯代理模型优化算法（Sequent... 

【文章来源】：西北工业大学陕西省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：163 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 全局代理模型研究现状
        1.2.2 代理模型优化研究现状
        1.2.3 可靠性分析的研究现状
        1.2.4 可靠性优化的研究现状
    1.3 论文结构及内容
第二章 基于协同径向基函数的变复杂度模型
    2.1 引言
    2.2 变复杂度方法
        2.2.1 变尺度因子方法
        2.2.2 协同克里金方法
    2.3 试验设计方法的选择
    2.4 协同径向基函数变复杂度模型
        2.4.1 协同径向基函数的构建
        2.4.2 模型精度评估
        2.4.3 模型超参数选择
        2.4.4 协同径向基函数的更新
    2.5 算例测试
        2.5.1 数值算例
        2.5.2 工程算例
        2.5.3 结果分析
    2.6 本章小结
第三章 基于混合增点与区间缩减的序贯代理模型优化算法
    3.1 引言
    3.2 优化问题
        3.2.1 问题描述
        3.2.2 优化算法
    3.3 基于代理模型的优化
    3.4 混合增点与区间缩减优化算法
        3.4.1 混合增点与区间缩减思想
        3.4.2 面向全局与局部寻优的混合增点策略
        3.4.3 算法流程
        3.4.4 算法分析
    3.5 算例测试
        3.5.1 数值算例
        3.5.2 工程算例
        3.5.3 算例分析
    3.6 本章小结
第四章 基于RBF的序贯代理模型可靠性分析方法
    4.1 引言
    4.2 可靠性分析
        4.2.1 可靠性分析问题的描述
        4.2.2 可靠性分析方法
    4.3 序贯RBF可靠性分析方法
        4.3.1 正则化径向基函数
        4.3.2 面向失效边界的代理模型更新
        4.3.3 算法流程
        4.3.4 算法分析
    4.4 多学科可靠性分析
        4.4.1 多学科可靠性分析问题描述
        4.4.2 多学科可靠性分析的序贯代理模型方法
    4.5 算例测试
        4.5.1 低维算例(m<10)
        4.5.2 高维数值算例(m≥10)
        4.5.3 两学科问题
        4.5.4 结果分析
    4.6 本章小结
第五章 基于MCS约束边界平移的序贯代理模型RBO方法
    5.1 引言
    5.2 可靠性优化问题
        5.2.1 可靠性优化问题描述
        5.2.2 可靠性优化方法
    5.3 基于MCS约束边界平移的序贯代理模型RBO方法
        5.3.1 约束边界平移与序贯优化思想
        5.3.2 面向最优区域的局部代理模型
        5.3.3 基于MCS约束边界平移的序贯优化
        5.3.4 算法流程
        5.3.5 算法分析
    5.4 算例测试
        5.4.1 2D问题
        5.4.2 Hock and Schittkowski问题
        5.4.3 减速器问题
        5.4.4 机翼结构可靠性优化
        5.4.5 算例分析
    5.5 本章小结
第六章 亚轨道再入飞行器可靠性设计优化
    6.1 引言
    6.2 亚轨道飞行器基准方案
    6.3 亚轨道飞行器学科建模
        6.3.1 气动学科
        6.3.2 质量学科
        6.3.3 轨迹学科
    6.4 基准方案的确定性优化
        6.4.1 优化问题描述
        6.4.2 优化结果分析
    6.5 优化方案的可靠性设计
        6.5.1 设计变量不确定性建模
        6.5.2 优化方案可靠性分析
        6.5.3 设计方案可靠性优化
    6.6 本章小结
第七章 总结及展望
    7.1 研究工作总结
    7.2 创新点总结
    7.3 未来研究展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表学术论文和参加科研情况



本文编号：3213780