本书面向大型运载火箭关键承载舱段轻量化设计需求，聚焦大型复杂结构高效优化设计理论方法，系统研究结构序列近似建模优化方法及其在大型运载火箭加筋圆柱壳舱段设计中的应用。在理论研究方面，提出面向高维非规则设计域的混合整数填充采样算法，实现了设计样本点对非规则设计空间的均匀覆盖；发展了面向设计域全局近似的增广径向基函数近似建模方法、序列近似建模方法和多保真度近似建模方法，提升了大型复杂结构非线性力学问题分析效率。在应用研究方面，重点针对大型运载火箭两类典型加筋圆柱壳舱段，研究考虑整体稳定性和桁条局部稳定性的大直径加筋圆柱壳舱段的优化设计方法，并协同考虑结构承载能力和载荷扩散性能的集中力扩散舱段的优化设计方法，获得满足工程应用需求的结构轻量化设计方案。
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“空天前沿技术丛书”序一
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前言
第1章 绪论 1
1.1 结构优化概述 1
1.1.1 结构优化设计 1
1.1.2 结构优化算法 4
1.2 结构序列近似优化方法研究进展 6
1.2.1 初始采样方法 6
1.2.2 近似建模方法 9
1.2.3 序列加点采样方法 14
1.3 运载火箭典型薄壁加筋舱段优化设计研究进展 16
1.3.1 薄壁均匀加筋圆柱壳优化设计 16
1.3.2 集中力扩散舱段优化设计 18
第2章 高维非规则设计域的混合整数序列填充采样算法 21
2.1 立方体域的混合整数序列填充采样算法 21
2.1.1 考虑混合整数的拉丁超立方均布性准则 21
2.1.2 基于递归演化和概率跃迁的混合整数序列填充采样算法 24
2.1.3 基于递归演化和概率跃迁的低相关性混合整数序列填充采样算法 30
2.2 非规则域的混合整数序列填充采样算法 35
2.2.1 基于样本点局部密度函数改造的非规则域序列填充采样算法 36
2.2.2 基于逐点采样-排列优化的非规则域混合整数序列填充采样算法 46
2.3 不同采样方法在典型加筋圆柱壳优化设计中的应用 51
2.3.1 典型加筋圆柱壳描述 51
2.3.2 面向加筋圆柱壳轻量化的非规则域混合整数序列填充采样 52
2.3.3 不同初始样本点的加筋圆柱壳轻量化对比分析 54
2.4 本章小结 59
第3章 大型复杂结构的增广径向基函数近似建模方法 61
3.1 增广径向基函数近似模型 61
3.2 基于矩估计的ARBF近似建模方法 64
3.2.1 矩估计方法 64
3.2.2 算例测试 69
3.3 基于分片K折交叉验证的ARBF近似建模方法 75
3.3.1 分片K折交叉验证方法 75
3.3.2 算例测试 83
3.4 面向全局近似的ARBF序列近似建模方法 89
3.4.1 辅助模型与最终模型差异性的偏差-方差分解 90
3.4.2 基于非精确Voronoi图解的ARBF序列近似建模算法 92
3.4.3 算例测试 99
3.5 基于ARBF的多保真度近似建模方法 105
3.5.1 多保真度近似模型 105
3.5.2 基于分片K折交叉验证的ARBF多保真度近似建模方法 107
3.5.3 算例验证 109
3.6 本章小结 113
第4章 基于传统优化算法的加筋圆柱壳舱段优化设计 115
4.1 基于近似建模的网格加筋圆柱壳优化设计 115
4.1.1 网格加筋圆柱壳有限元建模 115
4.1.2 网格加筋圆柱壳稳定性分析 116
4.1.3 基于近似模型的网格加筋圆柱壳优化设计 118
4.2 基于模拟退火算法的集中力扩散舱段优化设计 121
4.2.1 基于多层级加筋的集中力扩散舱段多区域联合设计 121
4.2.2 基于静力分析和工程算法的集中力扩散舱段优化模型 129
4.2.3 集中力扩散舱段多区域联合优化设计 134
4.3 基于协同模拟退火算法的集中力扩散舱段优化设计 139
4.3.1 集中力扩散舱段结构分解策略 140
4.3.2 协同模拟退火算法 142
4.3.3 集中力扩散舱段多子域协同优化设计 148
4.4 本章小结 159
第5章 考虑整体稳定性的大直径加筋圆柱壳优化 161
5.1 大直径薄壁加筋圆柱壳稳定性分析及优化问题建模 161
5.1.1 加筋圆柱壳有限元建模 161
5.1.2 加筋圆柱壳稳定性分析 163
5.1.3 大直径加筋圆柱壳轻量化设计问题建模 164
5.2 基于探索/开发竞争并行采样的ARBF序列近似优化算法 165
5.2.1 序列并行采样策略 165
5.2.2 探索/开发竞争采样机制 172
5.2.3 算法整体框架 173
5.3 考虑整体承载性能的重型运载火箭加筋圆柱壳轻量化设计 174
5.3.1 优化问题建模 174
5.3.2 加筋圆柱壳轻量化设计 175
5.4 本章小结 184
第6章 考虑桁条局部稳定性的大直径加筋圆柱壳优化 185
6.1 桁条稳定性对大直径加筋圆柱壳承载性能影响分析 185
6.1.1 大直径加筋圆柱壳失稳机理 185
6.1.2 桁条失稳模式对大直径加筋圆柱壳承载性能影响分析 186
6.2 基于近似模型的大直径加筋圆柱壳参数灵敏度分析 189
6.2.1 基于ARBF近似模型正交分解的全局灵敏度分析方法 189
6.2.2 数值算例分析 197
6.2.3 大直径加筋圆柱壳参数灵敏度分析 198
6.3 基于搜索空间重构的ARBF序列近似优化算法 203
6.3.1 初始采样空间描述及优化问题重构 204
6.3.2 基于改进双精英种群进化的约束空间开发采样策略 205
6.3.3 基于MIVDO算法的约束空间探索采样策略 208
6.3.4 优化算法整体框架 209
6.4 考虑桁条局部稳定性约束的重型运载火箭加筋圆柱壳轻量化设计 210
6.5 本章小结 218
第7章 基于多保真度近似模型的集中力扩散舱段优化 220
7.1 集中力扩散舱段多保真度优化问题描述 220
7.2 面向多响应系统的多保真度序列近似建模方法 221
7.2.1 mMIVDO自适应采样算法 222
7.2.2 mLOOCV自适应采样算法 225
7.3 基于搜索空间重构的多保真度序列近似优化算法 229
7.3.1 高保真度样本点采样策略 229
7.3.2 低保真度样本点采样策略 232
7.3.3 搜索空间重构及无效样本点剔除策略 234
7.3.4 算法框架 235
7.4 基于多保真度近似模型的集中力扩散舱段优化设计 237
7.5 本章小结 245
参考文献 246
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