[发明专利]基于自适应代理模型的连接件多学科协同设计优化方法

说明书

本发明公开了一种基于自适应代理模型的连接件多学科协同设计优化方法，其包括构建克里金初始代理模型、引入EI函数将克里金代理模型升级构建为自适应代理模型、将自适应代理模型应用于多学科协同设计优化，构建基于自适应代理模型的多学科协同设计优化方法，并进行专用吊具回转平台连接件多物理场力学性能耦合状态下的不确定性分析与设计优化建模，最后进行设计优化。本发明通过将不确定性理论、代理模型理论以及协同优化理论相结合，解决了传统设计方法难以对复杂工程模型进行定性定量构造优化问题性能函数或约束条件，制约了协同设计优化方法在实际工程领域广泛应用的问题，从而满足专用吊具回转平台连接件产品的轻量化目标要求。

技术领域

本发明属于机械产品的考虑不确定性的多学科设计优化技术领域，尤其涉及一种基于自适应代理模型的连接件多学科协同设计优化方法。

背景技术

随着制造业的飞速发展，机械设备与系统机构愈发复杂化和多样化。多学科设计优化方法作为一套解决复杂系统优化问题的方法论，可以在进行学科分析时会综合评估不同学科门类，对具有耦合效应的不同学科采取学科解耦或协同求解等方式，在一定程度上消除互相的影响。通过智能优化算法和优化策略的引入，合理地分配和安排整个系统的设计优化过程，提高设计优化的效率和系统的性能指标，缩短研发时间并节约成本。因此，研究机械系统的多学科设计优化方法意义重大。

协同优化(Collaborative Optimization，CO)是一种基于分级结构的优化方法，根据现有的工程分工形式，分解成系统级和学科级两级优化结构。基本思想是构造一个系统层，以协调各子学科求解结果的不一致性，各子学科在进行优化时，可以暂时不考虑其他学科的影响而只需满足本学科的约束。学科级优化的目标是使该学科优化结果与系统级优化提供给学科的目标值的差异达到最小；而各个学科优化结果的不一致性由系统级优化来协调，通过系统级和学科级之间的多次迭代，收敛到一个最精确的值。

目前也有一些研究将多学科设计优化方法和协同优化方法结合用于了很多领域进行优化。

例如，公开日为2015年12月30日，公开号为CN105205275A的中国发明专利文献，公开了一种基于变量相关的导弹与发动机一体化多学科设计优化方法，该方法包括根据变量区间构建变量相关性的量化超椭球模型，利用协同优化方法建立导弹与发动机一体化多学科协同优化模型，构建变量相关条件下导弹与发动机一体化多学科设计优化模型并求解。本发明将超椭球模型与区间理论结合，解决了因人为割裂变量之间的相关性从而导致的设计结果不准确的问题，从而更能满足产品的实际设计需求。

再如，公开日为2019年07月26日，公开号为CN110059415A的中国发明专利文献，公开了一种基于协同优化算法的高速受电弓多学科设计方法，基于多学科设计理论，分析影响高速受电弓工作性能的设计因素，并对其进行学科分类设计；再对各学科设计参数进行数值分析，推导出各个学科设计目标的数学表达式，建立相应的优化设计模型；然后基于全局灵敏度法，分析各学科优化设计模型中设计变量的耦合关系和耦合强度；根据设计变量的耦合强度，确定系统级和学科级设计变量，采用多学科设计的协同优化算法求解各学科的优化模型中设计变量的优化值；根据设计变量的优化值，分析受电弓的优化结果，建立受电弓的三维实体模型。本发明改善受电弓的工作性能，提高弓网受流质量，为高速受电弓提供新的设计研究思路。

再如，公开日为2021年08月10日，公开号为CN113239516A的中国专利文献，公开了一种考虑不确定性的水轮机转子多学科可靠性设计优化方法；其包括复杂机械系统多层次多学科建模与设计优化方法、基于近似可靠性分析方法的复杂机械系统多源异种不确定性分析与可靠性多学科设计优化方法、基于数值仿真可靠性分析方法的复杂机械系统多源异种不确定性分析与可靠性多学科设计优化方法、将UBMDO方法引入到水轮机转子设计领域，对水轮机转子进行考虑不确定性的多学科设计优化。本发明通过将系统递阶控制策略、协同优化方法、鞍点近似方法、子集模拟不确定性分析方法等相结合，解决了传统设计方法中人为忽略不确定性因素从而导致设计结果不准确问题，从而满足水轮机转子产品高可靠性的要求。