[发明专利]考虑多目标多约束性能均衡的机械结构稳健优化设计方法

说明书

本发明公开了一种考虑多目标多约束性能均衡的机械结构稳健优化设计方法。该方法包括以下步骤：考虑区间形式的不确定因素，建立机械结构多目标多约束性能的稳健优化设计模型，并在双层嵌套遗传算法内层，基于近似预测模型，计算机械结构性能指标的左右界。在双层嵌套遗传算法外层，对设计向量的可行性进行判别；基于区间约束性能的稳健均衡性系数和区间目标性能的稳健均衡系数，对可行解进行稳健性均衡分类，基于目标性能稳健性整体距离，对设计向量进行排序，从而实现了机械结构多目标多约束性能稳健优化设计模型的求解。该方法可以保证约束性能的高稳健水平，优化结果更客观，结构性能整体稳健均衡。

技术领域

本发明属于机械结构优化设计领域，涉及一种考虑多目标多约束性能均衡的机械结构稳健优化设计方法。

背景技术

随着复杂装备性能要求的不断提高，设计者在对关键部件结构进行优化设计时需考虑越来越多的性能指标。由于不确定性因素的影响和稳健设计需求，优化过程中需同时考虑结构性能指标的均值和波动，更增加了待优化目标和约束的个数，而这些目标和约束间往往相互冲突、相互制约。然而国内外学者在利用区间数表示不确定性因素的机械结构多性能稳健优化设计研究中，通常仅考虑单目标多约束性能的稳健性，未考虑多个目标性能均衡的稳健性优化问题，无法保证机械结构性能的整体稳健性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种考虑多目标多约束性能均衡的机械结构稳健优化设计方法。考虑区间形式的不确定因素，建立机械结构多目标多约束性能的稳健优化设计模型，并在双层嵌套遗传算法内层，基于近似预测模型，计算机械结构性能指标的左右界。在双层嵌套遗传算法外层，对设计向量进行可行性判别；基于区间约束性能的稳健均衡性系数和区间目标性能的稳健均衡系数，对可行解进行稳健性均衡分类，基于目标性能稳健性整体距离对设计向量进行排序，从而实现了机械结构多目标多约束性能稳健优化设计模型的直接求解，进而获得机械结构性能稳健均衡最优解。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种考虑多目标多约束性能均衡的机械结构稳健优化设计方法，该方法包括以下步骤：

1)根据机械结构性能多目标多约束稳健优化设计要求，确定不确定向量和设计向量的取值范围，以机械结构多个性能指标的区间中点和长度为目标函数，将具有最大值限定的机械结构多性能指标描述为区间约束函数，建立机械结构性能的多目标多约束稳健优化设计模型；

2)在由设计向量和不确定向量确定的设计空间内进行采样，获取各样本点所对应设计向量的机械结构性能指标，构建结构性能指标的近似预测模型。

3)利用双层嵌套遗传算法获得步骤1)建立的机械结构性能多目标多约束稳健性优化设计模型的最优解，即为适应度最大的设计向量；具体包括以下子步骤：

3.1)双层嵌套遗传算法初始化设置，生成初始种群；

3.2)在遗传算法内层，根据构建的近似预测模型计算得到当前种群个体的目标和约束性能左右边界值；计算设计向量所对应的区间约束性能的稳健均衡性系数B_g_j(x)、区间目标性能的稳健均衡系数B_f_i(x)、区间约束与目标性能稳健性均衡系数B_gf_j(x)：