[發(fā)明專利]多工況結(jié)構(gòu)優(yōu)化中權(quán)重因子的計算與加權(quán)函數(shù)的評價方法

在審

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• 申請日: 2021-01-18
• 公開（公告）號: CN112765810A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李永欣;賀星星;周國云;郭長春
• 申請（專利權(quán)）人: 燕山大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/06
• 代理公司: 北京孚睿灣知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11474
• 代理人: 韓燕

本發(fā)明提供一種多工況結(jié)構(gòu)優(yōu)化中權(quán)重因子的計算與加權(quán)函數(shù)的評價方法，其包括以下步驟：對元件進行單工況結(jié)構(gòu)優(yōu)化，計算優(yōu)化后的目標(biāo)函數(shù)值；選取目標(biāo)函數(shù)值中的最大值，分別計算工況惡劣度Δα_i；根據(jù)得到的工況惡劣度Δα_i，構(gòu)建權(quán)重因子計算模型；根據(jù)權(quán)重因子計算模型，計算得到基于工況惡劣度的各工況的權(quán)重因子；根據(jù)各單工況優(yōu)化后的目標(biāo)函數(shù)值求解理想解；基于兩點間距離表達式建立理想度計算模型；根據(jù)理想度計算模型，對多種權(quán)重因子與加權(quán)函數(shù)之間的耦合形成的優(yōu)化結(jié)果進行評價；根據(jù)評價結(jié)果，選擇合適的權(quán)重因子計算方法和加權(quán)函數(shù)。本發(fā)明有效解決多工況結(jié)構(gòu)優(yōu)化合理選取權(quán)重因子計算方法和加權(quán)函數(shù)的問題，具有顯著的理論價值和工程意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多工況結(jié)構(gòu)優(yōu)化中權(quán)重因子的計算與加權(quán)函數(shù)的評價方法。

背景技術(shù)

當(dāng)前對產(chǎn)品進行承載性能設(shè)計時，多工況下的結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究較少，多集中在的單工況問題。而實際工程中很多結(jié)構(gòu)，常常是在多種載荷工況下工作的。因此，研究多工況下的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計將更具工程價值和意義。

從本質(zhì)上說，多工況優(yōu)化問題是多目標(biāo)優(yōu)化問題，而求解多目標(biāo)優(yōu)化問題的常用方法是將多目標(biāo)優(yōu)化問題通過加權(quán)函數(shù)轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化問題。即通過給不同工況分配不同的權(quán)重因子，把多工況優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為單工況優(yōu)化問題。但是，將多目標(biāo)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化問題時，不同的權(quán)重因子對優(yōu)化結(jié)果的影響也很大。權(quán)重因子的分配問題成為一大技術(shù)難點。綜合對比不同的權(quán)重因子分配方法，提出以“工況惡劣度”進行多工況結(jié)構(gòu)優(yōu)化時權(quán)重因子計算的依據(jù)。

對于單一工況的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，可以找到滿足約束條件的理想優(yōu)化解。而多工況的結(jié)構(gòu)優(yōu)化是對每個單工況的最優(yōu)解進行折衷，折衷后的理想優(yōu)化結(jié)果應(yīng)滿足:多工況結(jié)構(gòu)優(yōu)化中在各自工況下優(yōu)化結(jié)果盡可能的接近對應(yīng)單獨工況作用下的最優(yōu)優(yōu)化結(jié)果。折衷方法則是采用加權(quán)函數(shù)，將多目標(biāo)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化問題，通常的加權(quán)函數(shù)有：折衷規(guī)劃法、線性加權(quán)法、平方和加權(quán)法和范數(shù)和加權(quán)法。對比四種加權(quán)函數(shù)，從量綱上來說，線性加權(quán)法、范數(shù)和加權(quán)法與平方和加權(quán)法都是保持了原子目標(biāo)參數(shù)的量綱，而折衷規(guī)劃法對子目標(biāo)進行了歸一化處理，保證了各子目標(biāo)具有統(tǒng)一的量綱。不同的權(quán)重因子和加權(quán)函數(shù)一般會得到不同的優(yōu)化結(jié)果，由于權(quán)重因子和各單目標(biāo)函數(shù)值之間的耦合，單純的比較采用加權(quán)函數(shù)得到的目標(biāo)函數(shù)值大小不能準(zhǔn)確反映優(yōu)化結(jié)果的優(yōu)劣。如何選擇合適的加權(quán)函數(shù)使得多工況結(jié)構(gòu)優(yōu)化獲得更優(yōu)的結(jié)果成為另一難點，引入“理想度”來評價不同優(yōu)化結(jié)果相較于理想優(yōu)化結(jié)果的差異程度，以“理想度”進行多工況結(jié)構(gòu)優(yōu)化時加權(quán)函數(shù)的選擇。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種工況惡劣度的權(quán)重因子計算模型，并建立理想度評價方程將理想度的大小作為評價權(quán)重因子計算方法及加權(quán)函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，通過比較不同權(quán)重因子計算方法和加權(quán)函數(shù)對優(yōu)化結(jié)果的影響，提供解決多工況結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果的有效評價方法。

本發(fā)明提供一種多工況結(jié)構(gòu)優(yōu)化中權(quán)重因子的計算與加權(quán)函數(shù)的評價方法，其包括以下步驟：

步驟1：對承載結(jié)構(gòu)進行單工況結(jié)構(gòu)優(yōu)化，計算各單工況優(yōu)化后的目標(biāo)函數(shù)值；

步驟2：選取所述目標(biāo)函數(shù)值中的最大值，根據(jù)是否給定性能極限值α_lim，分別計算工況惡劣度Δα_i；

多工況結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，多工況的目標(biāo)函數(shù)值一定劣于單工況優(yōu)化后的目標(biāo)函數(shù)值，所以，當(dāng)優(yōu)化目標(biāo)越小越好時，多工況優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)函數(shù)值一定大于單優(yōu)化結(jié)果中最壞的結(jié)果，當(dāng)優(yōu)化目標(biāo)越大越好時，多工況優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)函數(shù)值一定小于單優(yōu)化結(jié)果中最壞的結(jié)果；根據(jù)是否給定性能極限值α_lim，分別得到工況惡劣度表達式；

步驟3：根據(jù)得到的工況惡劣度Δα_i，構(gòu)建權(quán)重因子計算模型；