[发明专利]一种超材料隔振器的序贯稳健性优化设计方法

说明书

本发明提供了一种超材料隔振器的序贯稳健性优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤，步骤1：获得高精度分析模型和两个不可分层级的低精度分析模型；并获取初始高精度设计样本点与初始低精度设计样本点；步骤2：通过高精度分析模型和两个低精度分析模型分别获得对应设计样本点处的响应；步骤3：构建变可信度近似模型；步骤4：最大化目标函数和约束条件协同更新准则进行稳健性优化；步骤5：判断稳健性优化设计过程是否收敛；若收敛则执行步骤6，若不收敛则更新样本点集合，并跳转至步骤2，重复步骤2—5；步骤6：输出超材料隔振器稳健性优化问题的最优解。

技术领域

本发明涉及超材料隔振器性能设计技术领域，尤其涉及一种超材料隔振器的序贯稳健性优化设计方法。

背景技术

水下对抗中，先敌发现、先敌攻击、先敌脱离是制胜的关键，这对水下结构物的隐身性提出了苛刻的要求。当前低频段机械噪声和振动是水下结构物隐蔽航行时的主要噪声源，在对抗中极易暴露己方目标。使用隔振浮筏系统对机械振动隔离是水下结构物降低机械噪声的常用手段。浮筏隔振系统中隔振器是关键部件，对隔振效果起到决定性作用。为了提高隔振效果，则需要降低隔振器的垂下刚度，但是隔振器往往难以同时兼顾三个方向的刚度，在降低垂下刚度的同时，其非承载方向上往往有一个刚度过低，大大降低隔振系统抗冲击和摇摆能力，也即该类隔振器抗摇摆能力弱。

超材料隔振器是由人工设计的超材料单胞蜂窝状周期性排列构成。超材料隔振器设计制造过程中，不可避免地存在几何加工误差和材料特性偏差。超材料隔振器的结构尺寸和材料参数对超材料隔振器的性能有很大的影响。设计满足性能稳健性要求的超材料隔振器对水下结构物的隐身性至关重要。超材料隔振器的性能响应与这些影响参数之间的关系往往是非线性关系，并且其显示数学表达形式无法获得，属于“黑箱问题”。稳健性优化设计过程中，数值仿真分析已成为性能评估不可或缺的手段。通常，稳健性优化设计需要多次迭代才能获得最优设计方案，导致直接调用耗时的高精度数值仿真分析无法满足工程产品高效快速的设计需求。在此背景下，近似建模技术应运而生，其通过对有限样本点数据进行拟合或插值来替代耗时的目标函数/约束条件，有效降低了优化设计成本。其中，变可信度近似模型由于能够有效权衡高/低精度模型成本受到越来越广泛的应用。

然而，现有变可信度近似模型辅助稳健性优化设计方法中，变可信度近似模型通常被当作真实的高精度分析模型，而忽略其预估不确定性对稳健性优化设计结果的影响，导致优化设计方案的真实稳健性无法保证。而且，当前变可信度近似模型与稳健性优化设计方法仍然属于静态结合，在有限高精度样本点下获得的稳健性优化解偏保守。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种考虑不确定性的基于变可信度近似模型的超材料隔振器的序贯稳健性优化设计方法，所述方法能够充分考虑多种不确定性的影响，并充分挖掘并合理利用稳健性优化过程中获得的有用信息，对变可信度近似模型实现在线引导与动态更新以提高基于变可信度近似模型的超材料隔振器的稳健性优化设计求解精度，保障优化解满足稳健性设计要求。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种超材料隔振器的序贯稳健性优化设计方法，在该稳健性优化设计方法中综合考虑超材料隔振器设计变量的不确定性、超材料参数的不确定性及变可信度近似模型的不确定性，包括如下步骤：

步骤1：确定超材料隔振器稳健性优化设计的优化目标函数和设计变量；采用高精密网格和高载荷步有限元仿真建立超材料隔振器的高精度分析模型；采用粗网格和高载荷步有限元仿真建立超材料隔振器的第一低精度分析模型；采用精密网格和低载荷步有限元仿真建立超材料隔振器的第二低精度分析模型；其中，第一低精度分析模型和第二低精度分析模型是不可分层级的；采用优化拉丁超立方试验设计方法在设计空间内分别生成高精度分析模型的设计样本点和两个不可分层级的低精度分析模型的设计样本点；其中，生成的第一低精度分析模型的设计样本点和生成的第二低精度分析模型的设计样本点可相同或者不相同；