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《华中科技大学》 2008年
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多学科设计优化的分解、协同及不确定性研究

苏子健  
【摘要】: 多学科设计优化方法是从现代复杂系统设计的实际应用背景出发而提出的。在解决模型复杂、设计约束与设计变量多、设计过程中信息量大的优化设计问题时优化效率较高。本文对多学科设计优化理论与方法进行了深入而系统的研究,归纳而言,工作主要集中在以下几个方面。 本文首先对灵敏度分析技术进行了研究。在多学科设计优化过程中,灵敏度分析技术起着重要的作用,它不仅在优化时能提供导数信息,而且其中的一种特殊灵敏度分析技术——全局灵敏度方程可用来进行多学科系统的分解。本文系统地研究与比较了适合多学科设计优化的各种灵敏度分析方法。在全局灵敏度方程基础上,导出二阶全局灵敏度方程,并利用二阶全局灵敏度方程对多学科系统进行了基于学科的分解。利用二阶全局灵敏度方程进行分解使系统分解后与原多学科系统维持较好的一致性。 在多学科设计优化中,由于一些工程仿真模型较复杂且计算费时,因此常用近似模型来代替。本文从两方面对近似模型进行研究。首先,对多学科设计优化中常使用的五种近似技术——响应面模型、Kriging模型、BP神经网络模型、多元自适应回归样条、径向基函数进行了研究与比较,对其适用情况进行了分析。其次,在Kriging模型的基础上,提出了一种增强型Kriging近似模型,其理论基础是贝叶斯推论。增强型Kriging模型不需要对模型参数进行重新计算,只需用新的样本数据对Kriging模型进行更新,从而提高模型的近似精度。由于模型建立过程中,样本信息来源不同,因此可灵活地处理模型的精度,并且模型可重复使用。 本文在基于并行子空间优化方法的基础上,提出了一种基于二阶全局灵敏度方程的系统分解与基于增强型Kriging近似技术进行协同的多学科设计优化方法。方法首先利用二阶全局灵敏度方程对多学科系统进行分解,整个多学科系统的耦合由二阶全局灵敏度方程来维持。各个多学科子系统进行独立优化,得到各个学科子系统的优化解。利用增强型Kriging近似技术对分解后的多学科子系统优化解进行协同,得到一个全局优化解。如此循环,最终收敛到原系统的最优解。相比全局灵敏度方程,二阶全局灵敏度方程能更为精确的对多学科系统进行分解,更好地维持系统的一致性,从而减少了整个多学科系统进行分解与协同的优化迭代次数。由于增强型Kriging近似技术使用各个子系统优化后得到的新样本点对模型进行更新,提高了近似模型的精度,因此使用增强型Kriging技术对分解后的系统协调能力较强,多学科设计优化迭代中全局优化解能更快地收敛到最优解。 在多学科设计优化过程中,设计变量的不确定性将影响优化结果的不确定性,因此,本文最后对多学科设计优化过程中的不确定性进行了研究。文章探讨了多学科设计优化中不确定性的各种来源,并将不确定性的来源分为输入量的不确定性和模型的不确定性。本文利用概率方法定量地处理多学科设计优化中的不确定性,研究了多学科设计优化中的不确定传播。由于不确定性计算的复杂性,尽管不确定性已被认识,但在多学科设计优化中较少被考虑。本文采用Kriging方法建立不确定性计算的代理模型,并进行了多学科不确定性设计优化。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:N945.15

【引证文献】
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2 李静;基于系统优化的高校体育馆自然采光和通风节能设计研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 张立香;联合收割机底盘可靠性分析与评价方法研究[D];中国农业大学;2014年
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1 周月阁;基于退化特性的LED驱动电源多目标容差设计方法研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
2 王波;协同优化技术在多学科复杂系统设计中的应用[D];西安理工大学;2010年
3 李鑫;基于目标逐层分解的制动系统性能优化设计方法研究[D];吉林大学;2012年
4 马石磊;不确定性MDO在驱动桥壳轻量化设计中的应用[D];山东大学;2013年
【参考文献】
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10 吴宝贵;黄洪钟;陶冶;张旭;;复杂产品多学科设计优化的视图建模[J];清华大学学报(自然科学版);2006年11期
【共引文献】
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3 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
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 姚寿广;赵晟辰;肖民;司品顺;;基于ISIGHT的柴油机连杆多学科设计优化[A];第七届中国CAE工程分析技术年会暨2011全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2011年
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3 戴旭东;谢友柏;;机械设计中多学科行为的耦合作用仿真方法[A];首届中国CAE工程分析技术年会暨2005全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2005年
4 任鸿频;胡月圆;;多学科优化设计与分析CAE软件二次开发及应用[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
5 徐德好;平丽浩;钱吉裕;;电子产品多学科设计优化研究[A];中国电子学会电子机械工程分会2007年机械电子学学术会议论文集[C];2007年
6 谢进;阎开印;陈永;;平面连杆机构集成优化设计的数学模型[A];第十四届全国机构学学术研讨会暨第二届海峡两岸机构学学术交流会论文集[C];2004年
7 张士峰;曾亮;;BAYES方法在计算机试验中的应用[A];1997中国控制与决策学术年会论文集[C];1997年
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10 周盛强;向锦武;;进化合作博弈在飞机总体优化中的应用[A];第二届中国航空学会青年科技论坛文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李方义;区间非概率多目标优化设计方法及其在车身设计中的应用[D];湖南大学;2010年
2 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
3 辛欣;DNAPLs污染含水层多相流模拟模型的替代模型研究[D];吉林大学;2011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 赫显姆;多学科设计优化中智能算法与近似模型研究[D];华中科技大学;2011年
6 李坤;基于无网格方法的声学问题数值模拟研究[D];华中科技大学;2011年
7 孟兆新;木材干燥的多场耦合建模仿真与优化研究[D];东北林业大学;2011年
8 沈学会;超声振动辅助铣削加工技术及机理研究[D];山东大学;2011年
9 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
10 罗金火;一般时变Gause-型捕食者—食饵动力系统的持续一致生存性及水华发生机制的动力模型研究[D];复旦大学;2011年
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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 肖敏璐;利用MQ拟插值求解KdV方程[D];大连理工大学;2010年
3 王可;基于有限元技术的龙门加工中心结构动静态特性分析[D];长春工业大学;2010年
4 林燕虹;稳健优化设计方法在机械产品中的应用研究[D];五邑大学;2010年
5 胡苗;应用有限元对造桥机承载系统结构的优化设计[D];中南林业科技大学;2009年
6 卫炜;注塑成型工艺参数多目标优化设计[D];中南林业科技大学;2009年
7 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
8 龙侃;支持复杂产品设计的知识导航技术研究[D];浙江大学;2011年
9 杜敏;电子机箱结构多学科综合优化若干关键问题研究[D];西安电子科技大学;2011年
10 张显波;商用车驾驶室白车身开发中轻量化材料的应用研究[D];吉林大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 马睿;;体育建筑中新技术新材料对促进节能的探讨[J];安徽建筑;2005年06期
2 陈镜波;何小琦;章晓文;;厚膜DC/DC电源VDMOS器件失效机理及研究现状[J];半导体技术;2010年02期
3 石君友,康锐;基于EDA技术的电路容差分析方法研究[J];北京航空航天大学学报;2001年01期
4 潘波;黄领才;姜同敏;侯卫国;;服役飞机结构件腐蚀失效故障树分析及改进[J];北京航空航天大学学报;2010年03期
5 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
6 李小苓;;EDA技术中的电路容差分析方法及其应用[J];北京联合大学学报(自然科学版);2005年04期
7 于英霞;李雪玲;张伟;梁斌;;基于响应面法的带肋圆柱壳结构强度可靠性分析[J];船舶力学;2009年04期
8 邵建;董益亮;肖攀;王俊翔;;基于多体模型仿真的载荷谱虚拟迭代技术分析[J];重庆理工大学学报(自然科学版);2010年12期
9 孙志礼,陈良玉,张钰,丁津原;机械传动系统可靠性设计模型(Ⅰ)——考虑应力相关性的设计[J];东北大学学报;2003年06期
10 王正;谢里阳;李兵;;考虑载荷作用次数的失效相关系统可靠性模型[J];东北大学学报(自然科学版);2007年05期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 罗忆;;大型公共建筑外围护结构节能探讨[A];中国建筑学会2007年学术年会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘海东;乘用车轻量化绿色效应评价理论与方法研究[D];吉林大学;2011年
2 潘锋;组合近似模型方法研究及其在轿车车身轻量化设计的应用[D];上海交通大学;2011年
3 胡朝辉;面向汽车轻量化设计的关键技术研究[D];湖南大学;2010年
4 陶友瑞;基于凸模型的多学科不确定性优化设计方法[D];湖南大学;2010年
5 郁文红;建筑节能的理论分析与应用研究[D];天津大学;2004年
6 张伟;结合天然采光的办公建筑节能研究[D];天津大学;2005年
7 赵建印;基于性能退化数据的可靠性建模与应用研究[D];国防科学技术大学;2005年
8 李春光;汽车覆盖件冲压回弹补偿与控制方法研究[D];吉林大学;2006年
9 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
10 张冬娟;板料冲压成形回弹理论及有限元数值模拟研究[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 段建华;照明用大功率LED恒流驱动技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 刘世俊;基于现场总线的LED智能驱动器系统研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 吴集;能源系统电路容差分析[D];国防科学技术大学;2002年
4 李振翔;办公建筑节能设计方法研究[D];浙江大学;2004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 李东哲;厦门体育馆天然光环境设计研究[D];天津大学;2003年
7 高光良;序列二次规划法在航空发动机加力过程最优控制中的应用研究[D];西北工业大学;2005年
8 王志刚;建筑节能及新能源应用研究[D];西安建筑科技大学;2005年
9 易涛;绿色体育建筑若干问题探讨[D];北京工业大学;2005年
10 沈浩;长沙地区公共建筑的能耗现状与节能分析[D];湖南大学;2005年
【二级引证文献】
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1 梁继才;滕菲;高嵩;陈广义;魏志勇;;矩形铝型材柔性三维拉弯工艺的多目标优化[J];华南理工大学学报(自然科学版);2013年09期
2 赵洋;梅洪元;;严寒地区体育馆建筑的通风窗位置优化设计研究[J];建筑科学;2014年02期
3 李瑞祥;;建筑配套机电工程节能方法[J];中国高新技术企业;2013年10期
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 徐文宇;按订单生产计划与排程的优化模型[D];南昌大学;2011年
2 张华;飞行器结构尺寸和形状优化设计的并行协同方法[D];南京航空航天大学;2012年
3 熊嫄;体育馆顶界面自然采光优化及结构选型[D];华南理工大学;2012年
4 吴飞翔;宝来汽车左右护板的冲压成形过程模拟研究[D];吉林大学;2013年
5 张威;湿热地区全民健身中心与自然通风的协同机制研究[D];华南理工大学;2013年
6 肖钧;广州大学城体育馆使用后评价研究[D];华南理工大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孟宪颐;响应面法在可靠性优化设计中的应用[J];北京建筑工程学院学报;1999年Z1期
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3 李晓斌;陈小前;张为华;;近似方法在多学科设计优化中的应用研究[J];弹箭与制导学报;2004年S1期
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 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
2 陈琪锋;飞行器分布式协同进化多学科设计优化方法研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2003年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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 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
3 许存宁;王晓娟;;复杂产品设计的过程控制与MDO协同方法[J];青海大学学报(自然科学版);2011年04期
4 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
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6 宋保维;温庆国;;新型多学科设计优化算法研究[J];计算机仿真;2011年08期
7 吴宝贵,黄洪钟,原薇;汽车设计的多学科设计优化方法[J];应用科学学报;2005年04期
8 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
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10 高丽;曾庆良;范文慧;;多学科设计优化研究及发展趋势分析[J];工程设计学报;2007年06期
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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
2 赵晟辰;基于ISIGHT的连杆有限元分析及多学科设计优化[D];江苏科技大学;2011年
3 原薇;基于可靠性的多学科设计优化[D];大连理工大学;2006年
4 虞跨海;航空发动机涡轮冷却叶片多学科设计优化技术研究[D];西北工业大学;2006年
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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