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基于耗时数值仿真分析的水下结构物结构优化设计过程中,需要多次迭代调用数值仿真模型才能获得最优设计方案,导致其无法满足快速高效的水下结构物结构设计需求。在此背景下,代理模型应运而生,它通过对数值仿真模型进行近似替代,有效降低了设计成本。其中,基于序贯代理模型的优化设计方法通过充分利用优化过程中获得的数据信息指导寻优过程,可有效平衡收敛效率和求解精度之间的关系,在水下结构物结构优化设计中表现出了巨大潜力。针对问题性质不同,水下结构物结构优化设计问题可分为三类,即（1）目标函数耗时,约束函数不耗时的优化问题;（2）约束函数耗时,目标函数不耗时的优化问题;（3）目标函数和约束函数均耗时的优化问题。本文围绕这三类优化问题,深入开展了基于序贯Kriging代理模型优化设计方法及工程应用研究,具体研究工作包括:（1）目标函数耗时,约束函数不耗时的优化问题:针对单一精度数据来源,提出了基于信息熵的单精度序贯代理模型下置信边界优化方法（EW-LCB）。在EW-LCB方法中,利用信息熵方法自适应计算Kriging代理模型预测值和方差之间的客观权重系数,以避免原始LCB方法中样本点可能聚集的弊端,提高序贯优化效率。针对多精度数据来源,提出了基于信息熵的多精度序贯代理模型下置信边界优化方法（MF-EW-LCB）。在MF-EW-LCB方法中,通过信息熵自适应平衡高/低精度样本的计算成本、对模型精度贡献程度和对最优值影响程度,实现计算资源的最大化利用。15个非线性数值函数测试结果表明,与现有EI、WEI、LCB、PLCB四种单精度代理模型序贯优化方法相比,EW-LCB性能最好,具有对全局探索和局部搜索更强的平衡能力和更好的鲁棒性。7个多精度数值测试函数结果表明,MF-EW-LCB方法较现有的AEI、VF-EI、MFO、VF-LCB四种多精度代理模型序贯优化方法在计算效率方面有明显的优势、优化解的质量相当。（2）约束函数耗时,目标函数不耗时的优化问题:针对单一精度数据来源,提出了基于置信区间的单精度序贯Kriging代理模型优化方法（SCU-CI）。在SCU-CI方法中,根据Kriging代理模型预估不确定性判断是否会导致约束可行性变化的情形,同时引入目标切换和距离度量准则确定序贯更新样本点;针对多精度数据来源,提出了基于置信区间的多精度序贯Co-Kriging代理模型优化方法（MF-SCU-CI）。在MF-SCU-CI方法中,引入成本系数和高/低精度模型相关性函数,建立了高/低精度样本点的Co-H评估函数,用以衡量高/低精度样本点对约束边界处预估精度水平的提高程度。8个典型数值测试函数结果表明,与EV、MAX-MSE、Po F、WAE、EAMGO五种约束代理模型序贯优化方法相比,SCU-CI方法整体的可行性比率最优,在绝大部分数值测试函数中函数调用次数最少;而MF-SCU-CI方法在全部测试函数中的可行性比率均要优于SCU-CI方法,且所用的总样本点数量更少。（3）目标函数和约束函数均耗时的优化问题:针对单一精度数据来源,提出了基于信息熵和约束惩罚的单精度序贯代理模型优化方法（EW-PF）。在EW-PF方法中,通过在可行区域内寻找目标函数最优解,有效平衡了设计方案可行性和目标最优之间的关系,实现目标和约束函数的代理模型统一表达;针对多精度数据来源,提出了基于可行域分析的多精度序贯代理模型优化方法（MF-FA）,在MF-FA方法中,提出了两阶段多精度序贯代理模型优化策略,第一阶段重点考虑在约束边界处添加样本点以快速找到可行优化解,第二阶段侧重在可行域内逐步提升可行优化解质量,直至收敛到理论最优解附近。10个数值测试函数结果表明,EW-PF方法在收敛效率和求解精度方面较CEI方法具有明显优势;而MF-FA方法在全部数值测试函数上均能收敛到最优解附近,且比单精度的EW-PF方法所需要的新增样本点数量更少;测试函数复杂程度越高,MF-FA方法收敛效率的优势越明显。（4）将上述提出的方法分别应用于基座结构阻抗特性优化设计、纵横加筋圆锥壳结构振动优化设计、变刚度加筋圆柱壳结构稳定性优化设计,以及某型超材料隔振器结构优化设计中。应用研究涵盖了工程结构优化设计涉及的三类耗时优化问题。同时,探讨分析了不同约束条件限制对工程优化问题优化结果的影响。结果表明,本文所提出的序贯Kriging代理模型优化方法具有较好的工程应用效果。本文研究工作对基于序贯Kriging代理模型的优化方法研究具有良好的参考意义,工程案例应用研究对实际产品优化设计也具有借鉴价值。