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《华中科技大学》 2011年
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多学科设计优化中智能算法与近似模型研究

赫显姆  
【摘要】:复杂产品(如飞机、舰船、汽车,机床等)的设计优化涵盖许多领域、涉及多个学科,并且各个领域、学科之间相互作用、相互耦合,使得复杂产品的设计与优化过程异常复杂并难以求解。为解决此类问题,多学科设计优化(MDO)系统综合优化的框架产生了。由于MDO分解和优化的有效性和实用性,MDO慢慢成为复杂产品设计优化领域的研究热点。复杂产品设计的解耦方法是缩小设计空间、降低系统大规模计算的主要途径,已经受到了广泛的关注。由于在复杂产品的设计优化过程中,研究设计解耦方法属于学科交叉领域,因此需要较多的知识储备。 本文从设计空间解耦方法入手,利用两个实例对复杂产品设计优化的单级解耦方法进行了研究与验证,建立了多学科可行方法的研究体系。紧接着,文章对多学科设计优化中多级解耦方法进行了研究,一种基于物理规划的分级目标传递(ATC-PP)方法被提出,并用于解决非合作环境中耦合变量解耦、均衡点求解、均衡点稳定性分析、元素分析模块的近似模型构建等,并结合大型船舶设计优化实例对所提出的方法进行了验证,取得了显著的应用效果。 首先,提出了基于粒子群优化算法和遗传算法的多学科可行方法。在该方法中,蒙特卡洛采样和拉丁超立方采样等实验设计方法用于设计空间的探索和采样点数据的收集。在此基础上,建立响应面和克里金模型用于构建设计问题的近似,从而减少计算量,缩短计算时间。 其次,提出了基于物理规划的分级目标传递方法,建立了相应的数学模型和实施流程。该方法不仅继承了分级目标传递方法(ATC)基于部件分解的优点,而且通过引入物理规划(PP)中的偏好函数来衡量父子元素之间的响应与连接变量的容差。偏好函数的引入符合设计人员的设计习惯,并能够反映出工程设计人员的设计偏好。在偏好区间内,研究非协作元素间耦合均衡点求解与均衡点的稳定性等问题,通过合理反应集的响应面,求解均衡点。 然后,提出了基于基于贝叶斯变量选择方法的克里金近似模型(Blind Kriging模型)构造方法。Kriging模型相对于其它近似模型的构造方法,具有更高的拟合精度。在ATC-PP方法中,由于设计变量在偏好区间中的均值无法准确预测,因此构造了基于贝叶斯变量选择方法的Kriging模型(Blind Kriging模型),提出了BlindKriging模型中连接变量一次候选项的强制保留机制,避免在进行贝叶斯变量选择时删除连接变量,确保整个系统解耦的可行性与稳定性。 接着,将本文所提出的多学科解耦方法应用于50000 DWT大灵便型散货船的概念设计,进行应用验证。结果表明本文所提出的方法在大型船舶复杂产品设计优化中是可行有效的,能够取得期望的效果。 最后,总结了本文的主要工作,提出了工作展望。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TB472

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 朱德泉;基于联合仿真的机电液一体化系统优化设计方法研究[D];中国科学技术大学;2012年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 褚金奎,郝秀春,王立鼎;柔性结构拓扑优化中几种求解方法的比较[J];微纳电子技术;2005年10期
2 王书河,何麟书,张玉珠;飞行器多学科设计优化软件系统[J];北京航空航天大学学报;2005年01期
3 王星皓;马纪明;曾声奎;赵雪梅;;基于混合可靠性分析的协同优化方法[J];北京航空航天大学学报;2012年04期
4 董书革;饶绮麟;;基于偏好设计的物理规划理论[J];北京科技大学学报;2009年02期
5 蔡占军;翁海珊;俞必强;;多学科混合协同设计优化方法[J];北京科技大学学报;2009年06期
6 陈潇凯;陈勇;林逸;;目标分流法理论及其在汽车开发中的应用[J];北京理工大学学报;2009年06期
7 赵良玉;徐勇;徐来斌;杨树兴;;Bi-objective path optimization of flapping airfoils based on a surrogate model[J];Journal of Beijing Institute of Technology;2011年02期
8 孟伟;童晓艳;;基于量子粒子群算法的Kriging近似模型[J];才智;2010年36期
9 操安喜;赵敏;刘蔚;崔维成;;多学科设计优化方法在潜艇概念设计中的应用研究(英文)[J];船舶力学;2007年03期
10 苟鹏;刘蔚;崔维成;;船舶结构多学科设计优化近似方法的比较(英文)[J];船舶力学;2007年06期
中国重要会议论文全文数据库 前4条
1 田文正;王荣桥;;基于MDO体系的涡轮叶片热-结构耦合分析[A];科学发展与社会责任(A卷)——第五届沈阳科学学术年会文集[C];2008年
2 顾元宪;赵红兵;陈飚松;亢战;;结构的热-应力耦合优化设计[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年
3 顾元宪;陈飙松;;航天结构优化设计的数值方法[A];首届全国航空航天领域中的力学问题学术研讨会论文集(下册)[C];2004年
4 ;MULTIDISCIPLINARY DESIGN OPTIMIZATION OF MECHANISM WITH COORDINATION METHOD BASED ON SENSITIVITY ANALYSIS OF CONSTRAINTS[A];2006年中国机械工程学会年会暨中国工程院机械与运载工程学部首届年会论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王正家;ACA互连的多因素作用分析与性能优化[D];华中科技大学;2010年
2 向国齐;支持向量回归机代理模型设计优化及应用研究[D];电子科技大学;2010年
3 王晓东;透平机械内部复杂流动的数值模拟与叶片设计的鲁棒优化[D];华北电力大学(北京);2010年
4 毛虎平;基于仿真模型的动态响应优化算法研究[D];华中科技大学;2011年
5 邓海松;基于稀疏先验的计算机试验元建模方法研究[D];南京理工大学;2011年
6 张旭东;不确定性下的多学科设计优化研究[D];电子科技大学;2011年
7 彭名华;直升机总体多学科设计优化研究[D];南京航空航天大学;2009年
8 周新春;扑翼微型飞行器多学科设计优化研究[D];南京航空航天大学;2009年
9 吴限德;快速响应小卫星测试理论与方法研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 彭志威;基于计算流体力学的虹吸式流道形状优化设计[D];湖南大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨婧媛;水下结构声辐射的响应变异性分析及代理模型研究[D];大连理工大学;2010年
2 庄菲菲;基于形状敏度分析的角磨多学科性能优化[D];浙江大学;2011年
3 胡博;CRH3动车组车体结构优化设计研究[D];北京交通大学;2011年
4 刘长亮;鼓式制动器动力学分析及制动性能优化[D];吉林大学;2011年
5 杨新义;玉米根茬根土分离装置的设计与研究[D];吉林大学;2011年
6 程伟;京张城际铁路八达岭地下站三洞分离结构优化研究[D];北京交通大学;2011年
7 毕成双;京张城际铁路八达岭地下站分离双洞结构优化研究[D];北京交通大学;2011年
8 陈佳;AO级轿车总成参数与线性区操纵性指标回归分析[D];吉林大学;2011年
9 项立银;基于组合优化算法的结构稳健优化设计方法研究与应用[D];南京理工大学;2011年
10 刘伟;随机和认知不确定性条件下的多学科设计优化建模研究[D];电子科技大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王晓青;王小军;;多学科优化技术及其算法[J];导弹与航天运载技术;2007年01期
2 梅小宁;杨树兴;;复杂系统的多学科设计优化综述[J];工程设计学报;2010年03期
3 王军;吴罕奇;王巍;陈祖亮;;基于遗传算法的六自由度平台参数优化设计[J];机床与液压;2012年10期
4 聂勇军;魏世民;;多学科优化设计技术及其应用研究[J];机电产品开发与创新;2011年01期
5 段学超;仇原鹰;段宝岩;;基于Metropolis遗传算法的并联机器人结构优化设计[J];机器人;2006年04期
6 穆雪峰,姚卫星,余雄庆,刘克龙,薛飞;多学科设计优化中常用代理模型的研究[J];计算力学学报;2005年05期
7 张静;刘永均;李柏林;;机器人系统多学科协同优化设计[J];机械设计与研究;2008年05期
8 纪国华;李彦;李文强;熊艳;;一种面向复杂系统的多学科设计优化方法[J];机械设计与研究;2011年04期
9 冯佰威;刘祖源;聂剑宁;常海超;程细得;;基于iSIGHT的船舶多学科综合优化集成平台的建立[J];武汉理工大学学报(交通科学与工程版);2009年05期
10 余雄庆,姚卫星,薛飞,穆雪峰,刘克龙,黄爱凤;关于多学科设计优化计算框架的探讨[J];机械科学与技术;2004年03期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王琦;MDO优化算法研究[D];南京航空航天大学;2008年
2 彭名华;直升机总体多学科设计优化研究[D];南京航空航天大学;2009年
3 胡添元;飞翼布局飞机总体多学科设计优化研究[D];南京航空航天大学;2010年
4 薛立鹏;倾转旋翼机气动/动力学多学科设计优化研究[D];南京航空航天大学;2011年
5 冯佰威;基于多学科设计优化方法的船舶水动力性能综合优化研究[D];武汉理工大学;2011年
6 肖蜜;多学科设计优化中近似模型与求解策略研究[D];华中科技大学;2012年
7 陈小前;飞行器总体优化设计理论与应用研究[D];国防科学技术大学;2001年
8 张科施;飞机设计的多学科优化方法研究[D];西北工业大学;2006年
9 解红雨;固体火箭发动机分布式集成设计平台及其关键技术研究[D];国防科学技术大学;2006年
10 刘蔚;多学科设计优化方法在7000米载人潜水器总体设计中的应用[D];上海交通大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 湛岚;大型客机外形参数化与机翼气动结构多学科优化[D];南京航空航天大学;2009年
2 蔡骊君;复杂机械系统刚—柔混合虚拟样机一体化分析技术初探[D];天津大学;2010年
3 肖华;六自由度Stewart并联机构结构的优化设计[D];哈尔滨工业大学;2011年
4 邬昌峰;6-SPS并联机器人工作空间研究及其优化设计[D];合肥工业大学;2003年
5 龚春林;多学科设计优化技术研究[D];西北工业大学;2004年
6 曾声宇;基于相应面近似的反舰导弹并行子空间优化设计技术[D];西北工业大学;2004年
7 张晓萍;联接翼飞机气动/结构一体化设计研究[D];南京航空航天大学;2006年
8 何立波;六自由度摇摆台动力学仿真及优化[D];哈尔滨工业大学;2006年
9 王伟;多体动力学仿真优化集成及其文档生成技术的研究[D];山东科技大学;2006年
10 任利;基于iSIGHT的多学科设计优化平台的研究与实现[D];山东科技大学;2006年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 李丽;邹广闻;毛银;孙丽;;基于联合仿真的多级等推力液压缸研究[J];大连交通大学学报;2013年04期
2 赵晓影;;多领域联合仿真技术的分析研究[J];机械制造;2013年11期
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1 陈鹏;高速铁路轴承试验台特性研究[D];浙江大学;2014年
2 占自涛;铁钻工夹持拧卸机构研究与机液联合仿真分析[D];吉林大学;2014年
3 王玉;免耕播种机摩擦轮传动装置研究与试验[D];吉林大学;2014年
【相似文献】
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1 李晓斌,陈小前,张为华;多学科设计优化中搜索策略研究[J];战术导弹技术;2004年02期
2 夏显明;佘建国;刘志强;;基于分布式协同的多学科优化设计[J];机械工程师;2006年03期
3 毛坤;朱西平;李磊;胡伟鹏;岳珠峰;;某型飞机风挡及舱盖系统减重多学科设计优化方法研究[J];材料科学与工程学报;2007年04期
4 张静;李柏林;刘永均;;基于灵敏度分析的多学科设计优化解耦方法[J];西南交通大学学报;2007年05期
5 谷良贤;龚春林;;飞行器多学科设计优化关键技术分析[J];航天器工程;2007年03期
6 侯志强;刘济民;宋贵宝;;高超声速乘波飞行器多学科设计优化研究进展[J];导弹与航天运载技术;2009年03期
7 赵艳涛;樊文欣;刘培杰;;ISIGHT在发动机性能参数优化中的应用[J];机械制造与自动化;2009年05期
8 赵迁;陈潇凯;林逸;;解析目标分流法在汽车多学科设计优化中的应用[J];汽车技术;2010年06期
9 孙丕忠,夏智勋,赵建民;基于进化搜索策略的并行子空间设计算法[J];国防科技大学学报;2004年03期
10 蒙文巩;黄俊;;基于遗传算法的协作优化方法研究[J];航空计算技术;2006年06期
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1 刘蔚;操安喜;赵敏;崔维成;;两层分级多学科设计优化在AUV概念设计中的应用[A];中国造船工程学会2009年优秀学术论文集[C];2010年
2 王威;范文慧;常天庆;熊光楞;刘慧慧;;复杂产品多学科鲁棒设计优化方法研究[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(一)[C];2007年
3 张磊;邱志平;王晓军;;基于响应面方法的多学科协同稳健优化设计方法[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
4 蔡伟;陈小前;姚雯;;基于加速收敛BLISS的不确定性多学科设计优化[A];第六届中国不确定系统年会论文集[C];2008年
5 段勇;龚旭东;;基于多学科设计优化弹道导弹概念设计研究[A];探索 创新 交流——第三届中国航空学会青年科技论坛文集(第三集)[C];2008年
6 湛岚;沈琼;余雄庆;;基于CAD模型的机翼气动/结构多学科设计优化[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
7 尹海莲;余雄庆;;考虑制造成本的复合材料机翼结构优化设计[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
8 韩旭;陶友瑞;姜潮;;一种基于线性物理规划和两极系统集成分析方法的多目标多学科优化方法[A];结构及多学科优化工程应用与理论研讨会’2009(CSMO-2009)论文集[C];2009年
9 王婧超;李立州;岳珠峰;;高层建筑三维气动结构耦合设计优化[A];第15届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅲ册)[C];2006年
10 邓文熙;张凌燕;吴文瑞;黄海;;考虑变轨要求的卫星总体参数优化研究[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
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1 本报记者 徐恒;航空信息化:市场潜力大 应用待加强[N];中国电子报;2009年
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1 陈炉云;基于多学科设计优化的潜艇结构-声辐射优化研究[D];上海交通大学;2008年
2 姜哲;多学科设计优化在桁架式Spar平台概念设计中的应用研究[D];上海交通大学;2010年
3 胡添元;飞翼布局飞机总体多学科设计优化研究[D];南京航空航天大学;2010年
4 李响;多学科设计优化方法及其在飞行器设计中的应用[D];西北工业大学;2004年
5 刘孟祥;三效催化转化器高效长寿低排放优化设计理论及方法研究[D];湖南大学;2008年
6 冯佰威;基于多学科设计优化方法的船舶水动力性能综合优化研究[D];武汉理工大学;2011年
7 苏子健;多学科设计优化的分解、协同及不确定性研究[D];华中科技大学;2008年
8 刘蔚;多学科设计优化方法在7000米载人潜水器总体设计中的应用[D];上海交通大学;2007年
9 钟小强;个性化产品快速响应设计方法研究[D];中国科学技术大学;2008年
10 孙治国;一类航天器布局设计问题的顺序、物理(空间)分解协调方法[D];大连理工大学;2006年
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1 焦利明;多学科设计优化理论在并联机构中的应用[D];郑州大学;2012年
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5 陈文;基于多学科设计优化理论的数控机床综合误差补偿的并行算法[D];北京工业大学;2009年
6 袁亚辉;多学科设计优化及其不确定性研究[D];电子科技大学;2009年
7 白小涛;飞机多学科设计协同优化及近似技术研究[D];西北工业大学;2005年
8 葛杰;基于RSM的导弹总体设计优化系统研究与实现[D];国防科学技术大学;2005年
9 陈亚洲;基于粒子群优化的协同优化方法研究[D];华中科技大学;2007年
10 雷翠翠;水泵叶片的多学科设计优化理论与方法研究[D];扬州大学;2009年
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