考虑参数相关性的区间多目标优化方法及其应用

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优化问题广泛存在于实际工程问题中,且通常包含多个相互矛盾的优化目标,因此需要对工程问题进行多目标优化。而多目标优化问题中包含的多种不确定信息耦合在一起产生的误差会对系统结构的准确性产生影响。同时,由于问题的多源不确定性的存在使得各个参数之间存在较强的相关性。近年来研究的区间方法在表征参数的不确定性时大大提升了效率与工程实用性。为了得到更加精确的优化结果,本文将不确定参数间的相关性考虑到区间多目标优化问题的求解之中,研究了一种考虑参数相关性的区间多目标优化方法,其主要工作如下:首先,本文研究了一种新的考虑参数相关性的区间多目标优化方法,用于处理不确定性问题。该方法采用区间结构分析方法,对不确定性目标函数进行转化,通过在不确定性变量的区间中点值进行泰勒展开,然后再对其进行自然区间扩展,可得到目标函数的区间范围;然后引用区间可能度模型,将不确定性约束函数转化成确定性约束函数用于下一步处理;基于多维平行六面体模型,经过模型中构造的仿射坐标系,将带有参数相关性的问题利用转换矩阵转换成一般的区间优化问题。通过以上的处理,不确定性目标函数与约束函数最终转换成确定性的目标函数与约束,最后利用微型多目标遗传算法对问题进行优化求解。其次,本文通过两个数值算例与经典十桁架结构的结构优化算例来验证本文阐述的方法的性能。通过将考虑参数相关性的优化结果与未考虑相关性的优化结果相比较,较好地验证了方法的有效性。然后,将研究的方法应用到复合材料圆管耐撞性优化中。运用最优拉丁超立方试验设计方法,对设计变量进行样本采样,然后进行有限元仿真分析;考虑将不同铺层角度的纤维厚度作为设计变量,材料的密度、纵向弹性模量与横向弹性模量作为不确定性参数,并且参数间存在相关性,将复合材料圆管的比吸能与峰值碰撞力作为优化目标,通过优化结果的比较来进行验证。最后,将本方法与汽车耐撞性优化设计相结合,将汽车安全性与轻量化同时考虑,碰撞时的驾驶空间与车身重量作为优化目标,研究汽车正碰时汽车前端的压缩吸能部件,选取部件厚度作为优化变量;选取弹性模量与密度作为不确定性参数,且设定具有相关性,采用微型多目标遗传算法,求得问题的最优解集。通过计算结果表明了该优化方法在工程应用上具有较好的实用性。
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