基于改進(jìn)lhd和svr參數(shù)優(yōu)化方法的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

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1、華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文（2）近似模型。近似模型（approximatemodel）也稱為元模型（metamodeling）、代理模型（surrogatemodel），能夠描述在付出很小計(jì)算成本的前提下，準(zhǔn)確描述出具體的工程問題或系統(tǒng)。在為工程系統(tǒng)建立代理模型時(shí)，例如在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中需要用到的一些計(jì)算機(jī)仿真模擬實(shí)驗(yàn)，需要經(jīng)過以下兩個(gè)步驟：首先，分析具體的工程問題的特點(diǎn)，確定所要建立的代理模型的輸入、輸出變量以及輸入變量的取值范圍；然后，運(yùn)用得到的樣本數(shù)據(jù)，建立代理模型。隨著現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法的不斷前進(jìn)，以及計(jì)算機(jī)和有限元理論的不斷發(fā)展、

2、有限元分析已經(jīng)越來越多的運(yùn)用于機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)當(dāng)中，成為分析機(jī)械產(chǎn)品的靜力學(xué)性能、振動(dòng)特性、熱響應(yīng)、流體力學(xué)、多物理場(chǎng)耦合相應(yīng)等工程系統(tǒng)分析的一種重要手段。相比差分法、利茲法（Ritz）、加權(quán)殘值法，有限元法使用有限個(gè)單元的集合近似代替原始的連續(xù)求解域。有限元分析的基礎(chǔ)，就是相互作用的表示連續(xù)域的離散單元，也就是有限元，能夠?qū)⒌碾x散系統(tǒng)或連續(xù)系統(tǒng)問題轉(zhuǎn)化為比較簡(jiǎn)單的問題，并且借助矩陣來表示，把所有單元的剛度方程組合成整體的剛度方程，引入邊界條件求解該方程[2]組，從而得到問題的解。這個(gè)解并不是原工程系統(tǒng)的準(zhǔn)確解，而是近似解。一般來說，許多實(shí)

3、際工程問題很難得到準(zhǔn)確解，利用有限元分析方法可以得到計(jì)算精度高的近似解，并且由于有限元的運(yùn)用，使得有限元分析方法能夠運(yùn)用于形狀的機(jī)械模型，成為行之有效的分析手段。針對(duì)機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，是將CAD、CAE技術(shù)和數(shù)值計(jì)算方法引入到新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)當(dāng)中，使得機(jī)械產(chǎn)品在實(shí)際生產(chǎn)之初便能夠?qū)Ξa(chǎn)品的性能進(jìn)行分析，在確保其滿足裝配、工藝等各項(xiàng)需求的同時(shí)，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，以提高其系統(tǒng)性能。這種方法的運(yùn)用，使得模塊化設(shè)計(jì)、系列化設(shè)計(jì)以及分類與庫管理方法應(yīng)用于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)中來，相比于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的反饋設(shè)計(jì)，大大縮減了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，降低產(chǎn)品

4、的開發(fā)成本，加快了產(chǎn)品的更新速度，使產(chǎn)品能夠適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)對(duì)產(chǎn)品的諸如快速化、高效化、個(gè)性化等各類需求。2華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文1.2結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)現(xiàn)狀分析結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是優(yōu)化設(shè)計(jì)其中的一種，是工程結(jié)構(gòu)在滿足約束條件下按預(yù)定目標(biāo)[3]求出最優(yōu)方案的設(shè)計(jì)方法。目前針對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究主要集中在以下幾個(gè)方面[4]：（1）機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的思想和理論；（2）優(yōu)化方法；（3）建模技術(shù)；（4）結(jié)構(gòu)分析技術(shù)；（5）結(jié)構(gòu)重分析技術(shù)；（6）敏度分析技術(shù)；（7）軟件開發(fā)技術(shù)。其中結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論和思想、優(yōu)化方法、建模技術(shù)著重于對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供相對(duì)應(yīng)的理論

5、分析基礎(chǔ)；結(jié)構(gòu)分析技術(shù)、結(jié)構(gòu)重分析技術(shù)以及敏度分析技術(shù)為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的分析方法提供參考；而軟件開發(fā)技術(shù)則著重于為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供相應(yīng)設(shè)計(jì)軟件支持。隨著對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究的不斷深入，新的方法和分析技術(shù)不斷出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法也不單單局限于單一學(xué)科單一理論。多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化（MDO）方法的研究與發(fā)展，使得傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化呈現(xiàn)出更廣闊的領(lǐng)域以及更開闊的視野，同時(shí)也加速了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的發(fā)展，為其增添了新動(dòng)力。[5]按照不同的分類方式，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)可以細(xì)分為以下兩類：（1）按設(shè)計(jì)變量的類型。此時(shí)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)可以分為：連續(xù)變量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)和離散變量?jī)?yōu)化

6、設(shè)計(jì)。其中離散變量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)主要針對(duì)于設(shè)計(jì)變量的取值并非某一區(qū)間內(nèi)的[6]連續(xù)值，而是一些符合某種條件的離散值。例如在機(jī)械產(chǎn)品中含有標(biāo)準(zhǔn)件的尺寸設(shè)計(jì)時(shí)，其尺寸大小是一些符合標(biāo)準(zhǔn)尺寸的離散值。此時(shí)在設(shè)計(jì)時(shí)必須運(yùn)用離散變量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)，才能夠正確的得出該機(jī)械產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)解。國內(nèi)外對(duì)于連續(xù)變量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)研究較早，相關(guān)文獻(xiàn)較豐富。目前研究方向集中于離散變量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)。3華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文（2）按設(shè)計(jì)內(nèi)容的類型。此時(shí)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)可以分為：尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化、形貌優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化。尺寸優(yōu)化的優(yōu)化目標(biāo)是改變給定結(jié)構(gòu)的尺寸，而不改變給定結(jié)構(gòu)的類型、材料、布局

7、以及幾何外形來進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。形狀優(yōu)化和形貌優(yōu)化相較于尺寸優(yōu)化則有一定的設(shè)計(jì)自由度，它們能夠改變結(jié)構(gòu)的幾何外形，但是較容易混淆，舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來說明：（a）形狀優(yōu)化（b）形貌優(yōu)化圖1.1形狀優(yōu)化與形貌優(yōu)化從圖1.1中可以看出，形狀優(yōu)化改變的是凸臺(tái)與底板之間倒角：由半徑為5cm的圓倒角，變?yōu)?5°斜倒角，而不改變凸臺(tái)在底板上的分布。形貌優(yōu)化改變了凸臺(tái)在底板上的分布，來提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的剛度等機(jī)械性能。而拓?fù)鋬?yōu)化相較其他三種優(yōu)化設(shè)計(jì)則具有最大的設(shè)計(jì)自由度，因而擁有更大的設(shè)計(jì)空間。由于拓?fù)鋬?yōu)化完全不受給定結(jié)構(gòu)的外形、布局等約束，因而被廣泛應(yīng)用于以減

8、重為優(yōu)化目標(biāo)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)當(dāng)中，可以大幅度降低給定結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，為設(shè)計(jì)者提供概念性設(shè)計(jì)。目前結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在國內(nèi)已經(jīng)有數(shù)十年的發(fā)展，在優(yōu)化設(shè)計(jì)理論、方法以及軟件[789]技術(shù)上，已經(jīng)有了一定的積累