基于改進代理模型航天器結(jié)構(gòu)可靠性優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、碩士學(xué)位論文基于改進代理模型航天器結(jié)構(gòu)基于改進代理模型航天器結(jié)構(gòu)可靠性可靠性優(yōu)化設(shè)計優(yōu)化設(shè)計ReliabilitybasedDesignOptimizationofSpacecraftStructureBasedonImprovedSurrogateModel作者姓名：鞏萃穎學(xué)科、專業(yè)：工程力學(xué)學(xué)號：21403027指導(dǎo)教師：李剛教授完成日期：2017年6月大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)

2、碩士學(xué)位論文I摘要加筋柱殼結(jié)構(gòu)和格柵結(jié)構(gòu)是航空航天領(lǐng)域中常見的結(jié)構(gòu)形式，常常應(yīng)用于大型運載火箭的級間段、整流罩和燃料貯箱等部段。減重任務(wù)對于飛行器的設(shè)計尤為重要，另外，飛行器在載荷環(huán)境、計算模型簡化、幾何制造公差、材料性能等方面均存在不確定性，基于可靠度的優(yōu)化可以盡可能地考慮這些不確定性，獲得兼?zhèn)浣?jīng)濟和安全的最優(yōu)方案。本文面向加筋柱殼和格柵等航天器結(jié)構(gòu)，建立了一個高效穩(wěn)定的基于改進精度代理模型的可靠性優(yōu)化框架。它以結(jié)構(gòu)減重為目標，考慮結(jié)

3、構(gòu)在幾何制造公差、材料性能和載荷分布方面的隨機性，主要考慮軸力、彎矩、剪力和側(cè)向外壓工況下結(jié)構(gòu)屈曲失穩(wěn)的失效模式，對結(jié)構(gòu)的幾何尺寸和筋條數(shù)目進行優(yōu)化設(shè)計。該優(yōu)化框架的主要內(nèi)容是，首先，按照靈敏度分析確定代理模型參變量、選擇代理模型類型、擴大訓(xùn)練樣本集的設(shè)計空間、全局搜索優(yōu)化參數(shù)、放松局部設(shè)計域的精度要求的步驟建立改進代理模型，獲取復(fù)雜載荷信息的統(tǒng)計規(guī)律以后，將載荷分布當(dāng)量正態(tài)化，然后，內(nèi)層采用自適應(yīng)混沌控制的改進均值法獲取可靠度信息，傳

4、遞到外層全局尋優(yōu)的演化算法進行可靠度優(yōu)化，得到最優(yōu)方案后，重新在最優(yōu)點附近建立一個更高精度的局部代理模型，使用MonteCarlo方法對最優(yōu)方案的失效概率進行驗證。然后，本文使用該優(yōu)化框架實現(xiàn)了對航天飛行器中兩個典型構(gòu)型——金屬正置正交加筋柱殼結(jié)構(gòu)和復(fù)合材料Kagome格柵柱殼及錐殼結(jié)構(gòu)的可靠性優(yōu)化工作，驗證了該優(yōu)化框架解決工程結(jié)構(gòu)可靠性優(yōu)化設(shè)計問題的有效性及高效性，并探索得出通過改變幾何尺寸提高這兩類結(jié)構(gòu)承載效率和安全可靠性的普適性規(guī)