考虑不确定性因素的多学科设计优化建模和求解方法研究

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随着现代科技的发展，工程设计问题变得十分复杂，无论是产品性能还是使用环境等都对设计提出了更高的要求。多学科设计优化（Multidisciplinary Design Optimization, MDO）是有效提高产品综合性能的现代设计方法之一，也是目前国际上的研究热点。多学科设计优化的研究内容可分为系统建模、模型分析仿真运算、MDO策略、近似计算、灵敏度分析等，其中最为核心的问题是MDO策略。随着研究的深入，学者们发现在实际的工程问题中存在着大量的不确定因素，这些不确定性对于多学科设计优化的最终结果有较大的影响。本文研究内容如下：（1）首先对MDO的发展现状进行了归纳整理，对MDO中存在的问题进行了分析；其次通过典型的数学算例，对典型MDO策略进行了研究，深入剖析了这些典型MDO策略的方法特点、应用特征，进而为后续的算法研究、不确定性耦合研究打下了坚实的基础。（2）由于工程实际问题的复杂性，大多数MDO问题都比较复杂，求解运算量大、局部最优等问题使得多学科算法成为学者们的重点研究内容。近年来，随着仿生生物学的发展，现代智能算法算法如雨后春笋不断冒出来，越来越多得学者也尝试将现代智能算法应用于多学科设计优化当中。传统算法有其固有缺陷，由于复杂多学科优化设计存在耦合的问题，并且根据实际的问题会存在寻优空间不连续的情况，传统算法很难收敛到最优解，本文通过构建增广拉格朗日乘子法对乌鸦算法进行了改进，并将改进后的乌鸦算法用于求解MDO问题。通过具体的数学以及工程算例验证了改进乌鸦算法的有效性。（3）随着对MDO问题研究的深入，研究人员发现不确定性对于优化过程的影响愈加明显。确定性MDO虽然可以表面上找到满足全部约束的可行解，但是由于不确定性因素的存在，确定性MDO的优化结果往往是不可行的。目前很多研究人员在考虑不确定性时都假设其是不相关的，结果导致设计方案与实际应用当中具有一定的偏差。本文首先利用非概率超椭球模型描述不确定性因素的相关性；通过正交变换转化相关不确定性因素；利用一阶可靠度法考略其可靠性，最终建立了不确定性因素相关条件下的多学科可靠性设计优化模型。最后通过一个工程算例验证了所提方法的有效性。

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作者
王鑫;
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作者单位

电子科技大学;

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授予单位电子科技大学;
学科机械工程
授予学位硕士
导师姓名许焕卫;
年度 2018
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类火箭、航天器构造（总体）;各类型航空器;
关键词
不确定性因素; 多学科设计; 优化建模; 求解;

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