考虑不确定性因素的多学科设计优化方法

将基于单循环方法的可靠性分析(SLBRA)与多学科可行(MDF)设计优化相结合,提出了一种基于可靠性的多学科设计优化(RBMDO)方法.在优化过程中使用Kriging近似模型以不断提高模型精度,解决了MDF方法反复进行多学科分析、计算量较大的问题.该方法在可靠性分析过程中避免了优化迭代,从而提高了计算效率.以涡轮叶片的设计优化为例,对该方法进行了验证并与传统双循环方法进行了对比.结果表明,优化结果满足可靠性的要求.与双循环方法相比,优化效率明显提高,证明了该方法在工程应用中可行且有效.     

多学科优化中基于实例推理的气动近似模型

为提高飞机多学科优化效率,对气动近似计算模型进行了改进。在比值修正模型所构造的气动近似模型的基础上,引入了基于实例的推理技术对其加以改进。通过采用与飞机气动特性相关的参数作为实例属性,建立了飞机方案实例,并改进了实例检索公式,最后通过复用与当前方案最相似实例的修正因子改进了优化中的气动近似模型。以常规布局民用飞机概念设计为例,采用改进的气动近似模型进行了多学科优化研究。结果表明,对于具有大量设计变量的飞机方案优化问题,采用改进的气动近似模型能够有效提高计算精度与优化效率。     

基于协同优化方法的多学科非概率可靠性优化设计

针对传统多学科优化是基于确定性的优化设计方法,为了获得更为可靠的结构设计,在设计中考虑了不确定因素对结构性能的影响.本文将非概率可靠性优化方法与多学科优化设计方法相结合,引入了非概率可靠性指标,提出了一种新的基于协同优化方法的非概率可靠性多学科优化设计方法.同时采用了基于均匀试验设计的响应面方法来近似学科优化,提高了遗传算法的收敛速度,降低了计算量.最后通过对跨声速机翼气动结构多学科可靠性优化设计算例的计算,验证了本文提出的方法能够保证设计解的可靠性,对工程实践具有一定的指导意义.     

基于概率-非概率混合可靠性模型的结构优化设计

影响结构优化设计的不确定变量可分为概率变量和非概率变量两种.针对既存在随机变量又存在区间变量的概率-非概率混合结构优化问题,本文提出了一种基于概率-非概率混合可靠性模型的结构优化设计方法.该方法以概率-非概率混合可靠性模型为基础,同时考虑结构的概率和非概率两种不确定因素的影响,通过概率和区间运算给出满足一定约束条件下的最优解.最后通过两个典型算例与基于随机可靠性模型的结构优化设计进行对比.结果显示:在相同不确定信息下,两种可靠性优化设计结果完全相同,表明该方法是有效和实用的.     

基于可靠性的弹性折叠机构设计优化方法研究

描述了基于可靠性的弹性折叠机构设计优化方法。采用特征造型方法建立了弹性折叠机构几何模型,CAD二次开发技术实现了折叠机构模型的参数化自动建模;考虑折叠机构几何参数不确定性,建立了折叠机构可靠性动态分析模型;基于功能函数的极小变换法将机构动态可靠性分析问题简化为静态问题;采用一次二阶矩法分析了机构折叠时间、最大应力和机构寿命的可靠度;以折叠机构几何参数为设计变量,采用修正的可行方向法驱动优化使折叠机构质量最轻且寿命更长。数值分析结果显示功能函数的极小变换法将机构动态可靠性分析简化为静态可靠性分析,可以在保证分析精度的前提下,提高可靠性分析效率;同时与传统优化方法比较表明,可靠性优化设计方法可以通过牺牲部分优化目标性能换取优化设计结果可靠性的提高。     

基于多Agent的机身外形优化模型

提出了一个基于多Agent系统的机身外形优化模型,并将其用于飞机概念设计阶段的多学科优化中。该模型继承了多Agent系统的自主、协作等优点,并且结合了机身段和机身剖面的建模方法。提出并定义了不同类型的Agent及其功能,对各类Agent选用了不同的协调方式及协调规则。作为对模型的验证,针对一个战斗机方案多学科优化设计的算例,给出了机身外形中各Agent的协调过程。优化结果表明这一模型在优化过程中能有效地减少机身的优化变量,缩短计算时间。同时,由于各Agent之间的自主协调避免了复杂机身外形在优化中产生扭曲,从而增加了可行解的数量。     

飞机总体多学科设计优化的现状与发展方向

通过对飞机总体多学科设计优化(Multidisciplinary design optimization,MDO)研究进展的分析,为飞机总体MDO进一步研究和应用提供基础.首先阐述飞机总体MDO与传统飞机总体参数优化的区别,然后介绍MDO领域中重要成果,包括代理模型技术、多学科敏度分析、MDO策略和MDO环境.着重分析飞机总体MDO的关键技术及其实现途径,包括飞机总体MDO流程、参数化飞机几何模型、分析模型的自动生成、耦合关系分析与表示、数据交换与数据管理和MDO环境的建立.指出面向一体化产品开发团队的MDO、基于不确定性的MDO和面向飞机族的MDO是飞机总体MDO研究的3个新的研究方向.飞机总体MDO使飞机总体设计过程更加科学化和自动化.     

冲压空气涡轮系统结构协同优化

针对冲压空气涡轮系统,首先分析了结构在贮存场景和工作场景下的载荷工况,然后对各工况下的约束进行数学建模。基于敏感性分析方法发现,冲压空气涡轮结构方案设计中的关键设计变量包括支撑臂、收放作动器、舱门连杆的内外径以及它们之间的连接点位置。之后,建立了冲压空气涡轮系统结构的动态松弛协同优化模型。该优化模型中,首先针对贮存场景和工作场景分别进行考虑多工况约束的结构优化,然后在系统级借助动态松弛因子进行优化变量的协调。最终,本文在Isight多学科设计优化软件中实现相关仿真分析、工具集成和优化求解。基于动态松弛的协同优化方法,本文将冲压空气涡轮的结构重量优化至初始重量的87%,优化效果显著。     

基于不完备检测的飞机结构维修优化方法

针对飞机结构的损伤容限设计特点,提出了采用不等间隔的检测策略,同时考虑了不同检测等级的不同检测完备程度对飞机结构维修费用和维修决策的影响.研究了在此策略下的不同更新情况和相应的更新概率,以检测间隔、首检期系数和检测等级为优化变量,期望维修费用率为目标函数,建立了基于不完备检测的飞机结构维修优化模型.通过实例验证了模型的有效性和经济性.     

基于有限时间和不完备检测的飞机结构延迟模型(英文)

延迟模型是针对飞机结构的故障特点,通过优化飞机结构的维修活动,以达到维修成本最优化的一种有效方法。基于现有的延迟模型都是建立在无限时间跨度假设上的不足,提出和建立了有限时间跨度上的飞机结构不完备检测延迟模型。模型中考虑了飞机结构维修中存在不完备检测、检测门槛值和重复检测间隔等情况,使得延迟模型更加符合飞机结构维修的实际情况。针对模型的复杂性,采用非齐次泊松过程方法研究两次检测之间的更新概率,并采用Nelder-Mead单纯形法对模型进行了优化求解,最后,通过数值算例,验证了模型的合理性和有效性。