基于協(xié)同優(yōu)化和單學(xué)科可行法的可靠性設(shè)計優(yōu)化.pdf

1、工程設(shè)計中經(jīng)常會涉及到優(yōu)化問題，而在實際的工程應(yīng)用中，由于施加載荷、材料屬性、零件幾何和環(huán)境等因素的影響，在對問題進(jìn)行數(shù)學(xué)建模以及求解時會遇到不確定性。隨著科學(xué)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，在現(xiàn)代工程設(shè)計中，所研究的對象往往是大規(guī)模、復(fù)雜的多學(xué)科系統(tǒng)。針對多學(xué)科系統(tǒng)優(yōu)化的研究，已有專門的研究領(lǐng)域：多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化(MultidisciplinaryDesignOptimization，MDO)。其主要思想是充分考慮各門學(xué)科之間的互相影響和耦合作用，通過

2、充分利用各個學(xué)科之間的相互作用和所產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)，以獲得系統(tǒng)的整體最優(yōu)解。但在工程中，則需要考慮多學(xué)科設(shè)計過程中的不確定性問題。 一般的針對這種問題是采用安全系數(shù)法，這種方法在一定程度上簡化了設(shè)計，降低了計算量，但是這種方法比較保守，設(shè)計的結(jié)果安全性是以犧牲目標(biāo)值為代價的。因此，我們必須研究基于可靠性的優(yōu)化設(shè)計問題，以使得所求解的最優(yōu)值在達(dá)到可靠性要求時，最小化目標(biāo)函數(shù)。 本論文主要致力于以下幾個方面的研究： (

3、1)單學(xué)科系統(tǒng)的可靠性設(shè)計優(yōu)化。利用協(xié)同方法的有效性，提出基于協(xié)同優(yōu)化的單學(xué)科可靠性設(shè)計優(yōu)化模型。該方法將一個多可靠性約束的優(yōu)化問題分解為若干個單可靠性約束的優(yōu)化問題，并在上層(upper—level)進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化。通過懸臂梁的例子來驗證該方法的有效性。 (2)多學(xué)科系統(tǒng)中的可靠性分析。在基于可靠性的多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化(ReliabilityBasedMultidisciplinaryDesignOptimization，RB

4、MDO)中，很大的計算量在可靠性分析上，因此，本文結(jié)合協(xié)同優(yōu)化方法提出一種可靠性分析方法，通過數(shù)學(xué)例子說明該方法能提高可靠性分析的效率。 (3)基于可靠性的多學(xué)科設(shè)計優(yōu)化。由于多學(xué)科系統(tǒng)的復(fù)雜性，在MDO中考慮可靠性的時候，就會大大地增加計算的復(fù)雜度，本文結(jié)合順序優(yōu)化與可靠性評估方法(SequentialOptimizationandReliabilityAssessment，SORA)，提出了基于單學(xué)科可行法的RBMDO方法，