机械工程学报

作者：赵峰, 胡伟飞, 李光, 邓晓豫, 刘振宇, 郭云飞, 谭建荣

单位：1. 浙江大学流体动力基础件与机电系统全国重点实验室 杭州 310058;2. 设计工程及数字孪生浙江省工程研究中心 杭州 310058;3. 浙江大学台州研究院 台州 318000;4. 智能采矿装备技术全国重点实验室 太原 030024

关键词：混合指标,自适应采样,代理模型,NSGA-II-RD,多目标优化设计；

基金：国家自然科学基金(52275275,52111540267)、浙江省自然科学基金(LZ22E050006)和浙江省‘尖兵'‘领雁'研发攻关计划(2023C01008)资助项目。

随着现有工程问题高非线性、高计算复杂度、高维度等特征的凸显和对低成本高保真度仿真模型的要求，基于多学科耦合的工程结构多目标优化设计求解难度显著提高，且计算量大，这一问题引起了广泛的研究。针对这一挑战，本文提出了一种基于混合指标自适应采样代理模型实现工程结构多目标优化设计的方法。为降低优化设计成本，综合考虑了优化设计空间的全局探索与局部开发特征，提出了一种基于Voronoi区域划分的混合指标自适应采样方法，用于全局代理模型构建，经与不同案例及方法对比测试，在保证精度的前提下显著降低了样本数量；为实现工程结构多目标优化问题的求解，提出了一种基于优势面旋转投影和区域划分新型拥挤度算子的多目标优化设计NSGA-II-RD(Improved non-dominated sorting genetic algorithm II based on a rotation and density operator, NSGA-II-RD)算法，经与不同算法对比测试，该方法求解收敛速度更快且计算结果准确。最后，将提出的混合指标采样代理模型构建方法与NSGA-II-RD算法结合，在绝缘栅双极晶体管母排的结构设计上进行应用，针对母排的质量、电路压降与疲劳损伤进行多目标优化设计。结果表明，该方法不仅保证了母排的轻量化与良好导电性能，还使其具备了更好的抗超声焊接疲劳性能。同时，验证了该方法在保证低成本与高精度仿真模型的前提下，能够有效解决实际工程中的多目标优化设计问题。

来源：2024年第13期

《机械工程学报》期刊编辑部

查看机械工程学报杂志2024年第13期