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基于几何不确定性的翼型多目标稳健优化设计 被引量：12
1
作者 李焦赞 高正红 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第3期611-615,共5页
提出在优化设计进程中引进基于各种不确定性波动的稳健优化设计思想,进行多目标进化优化算法与代理模型技术在稳健优化设计中的应用研究.提供翼型确定性优化和稳健性优化实例,并对结果进行对比,结果表明该稳健优化设计方法可以得到更有... 提出在优化设计进程中引进基于各种不确定性波动的稳健优化设计思想,进行多目标进化优化算法与代理模型技术在稳健优化设计中的应用研究.提供翼型确定性优化和稳健性优化实例,并对结果进行对比,结果表明该稳健优化设计方法可以得到更有实际应用价值的翼型气动外形. 展开更多
关键词 稳健设计 几何不确定性 多目标优化 代理模型 翼型
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一种基于响应面的翼型鲁棒优化设计方法 被引量：7
2
作者 邬晓敬 张伟伟 +2 位作者 肖华 宋述芳 蒋跃文 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2015年第2期250-256,共7页
针对不确定因素引起的翼型气动性能波动现象,探讨了翼型几何形状随机不确定波动对翼型气动特性的影响,并进行了减小此影响的鲁棒优化设计。引入类别形状函数变换(CST)方法可以大大降低设计变量自由度数目,以NACA0012翼型为例,进行了考... 针对不确定因素引起的翼型气动性能波动现象,探讨了翼型几何形状随机不确定波动对翼型气动特性的影响,并进行了减小此影响的鲁棒优化设计。引入类别形状函数变换(CST)方法可以大大降低设计变量自由度数目,以NACA0012翼型为例,进行了考虑翼型几何形状随机扰动的气动不确定性分析,发现几何形状的微小波动对升力特性影响很小。发展了一种基于响应面和遗传算法的鲁棒优化设计方法,能够高效的减小阻力及其波动的影响。计算结果显示尽管相对于确定性优化结果鲁棒优化阻力略有增加,但波动更小,气动性能具有更好的鲁棒性。 展开更多
关键词 鲁棒性 响应面 几何不确定性 CST 遗传算法
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考虑表面层厚度不确定的稳健性拓扑优化方法 被引量：5
3
作者 李冉 刘书田 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期1471-1479,I0004,共10页
采用增材制造工艺制备结构件时,较差的成型精度和表面粗糙度会导致结构表面层异质,引起表面层厚度的不确定性.为了研究不确定性对拓扑优化结构性能的影响,进而获得对不确定性具有更低敏感性的结构构型,提出了考虑结构表面层厚度不确定... 采用增材制造工艺制备结构件时,较差的成型精度和表面粗糙度会导致结构表面层异质,引起表面层厚度的不确定性.为了研究不确定性对拓扑优化结构性能的影响,进而获得对不确定性具有更低敏感性的结构构型,提出了考虑结构表面层厚度不确定性的稳健性拓扑优化方法.首先,采用一种基于腐蚀操作的表面层识别技术,通过基于Helmholtz偏微分方程的PDE光滑过滤和基于Heaviside过滤、tanh函数的离散映射两个过程实现表面层异质等效模型的建立.其次,将表面层厚度作为服从高斯分布的随机变量,基于摄动有限元方法开展了不确定性传播的分析和系统随机响应的预测;以结构柔顺性均值和标准差的加权和作为优化目标,建立了考虑表面层厚度不确定性的拓扑优化模型,并推导了目标函数关于设计变量的敏度.最后,通过数值算例验证了该方法的有效性.数值结果表明,在设计过程中考虑表面层厚度不确定性对结构性能的影响,可以得到具有更强抵抗不确定性能力的结构构型,有效提升了结构性能的稳健性. 展开更多
关键词 稳健性设计 表面层异质 表面层识别 几何不确定性 摄动有限元 拓扑优化
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几何不确定性区间分析及鲁棒气动优化设计 被引量：3
4
作者 宋鑫 郑冠男 +1 位作者 杨国伟 姜倩 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期2217-2227,共11页
不确定性因素会导致飞行器偏离预先设计的气动性能,造成气动性能下降甚至产生严重的后果。针对工程中无法给出准确的几何不确定性概率分布以及跨声速条件下非线性气动问题,对几何不确定性的非概率参数化建模进行了研究,并结合Kriging模... 不确定性因素会导致飞行器偏离预先设计的气动性能,造成气动性能下降甚至产生严重的后果。针对工程中无法给出准确的几何不确定性概率分布以及跨声速条件下非线性气动问题,对几何不确定性的非概率参数化建模进行了研究,并结合Kriging模型及最优化方法建立了快速非线性区间分析方法。采用该方法对对称翼型进行不确定性分析,获得了气动性能参数的定量变化区间。在区间不确定性分析基础上建立了鲁棒优化设计流程。基于区间序关系及区间可能度转换模型将单目标区间不确定性优化问题转化为多目标确定性优化问题,并采用基于Pareto熵的自适应多目标粒子群算法对优化问题进行寻优。考虑几何不确定性以及升力、力矩、面积约束,以阻力性能为目标对超临界翼型进行了鲁棒优化设计。与确定性优化设计结果对比表明,确定性优化设计在不确定性因素的影响下易失效,而鲁棒设计可得到更安全可靠的结果。 展开更多
关键词 几何不确定性 非线性区间分析 直接操作自由变形(DFFD) 气动优化设计 鲁棒优化设计 自适应多目标粒子群算法 KRIGING模型
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考虑有界场的几何不确定性非概率可靠性拓扑优化 被引量：1
5
作者 战俊杰 彭秀林 白仲航 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期2056-2067,共12页
在结构的加工制造过程中,由于加工误差等原因不可避免会在结构上产生一定的几何缺陷,比如结构长度误差及厚度分布不均等问题.这些几何不确定性会使结构产生一定的性能波动,影响结构的安全性.文章研究的是考虑厚度分布不均的几何不确定性... 在结构的加工制造过程中,由于加工误差等原因不可避免会在结构上产生一定的几何缺陷,比如结构长度误差及厚度分布不均等问题.这些几何不确定性会使结构产生一定的性能波动,影响结构的安全性.文章研究的是考虑厚度分布不均的几何不确定性,因此属于“场不确定性”问题.考虑实际工程中样本数量有限,无法准确地获得不确定性概率分布信息,随机场概率可靠性理论不再适用.文章基于非概率有界场模型提出了一种考虑结构几何不确定性的非概率可靠性拓扑优化模型.在模型中几何不确定性通过不确定阈值场函数来表征,而不确定阈值场则通过一个非概率有界场模型来描述.该非概率可靠性优化模型为嵌套优化问题,内层是进行结构的非概率可靠性评估,外层是采用基于材料场级数展开(material-field series-expansion)的拓扑优化方法来确定结构的最优布局.优化模型的灵敏度信息是通过伴随法灵敏度分析求得,并采用了基于移动渐近线法(the method of moving asymptotes)的梯度优化算法来进行该优化问题的求解.通过数值算例验证了所提出的基于有界场模型的几何不确定性非概率可靠性优化模型的有效性. 展开更多
关键词 几何不确定性 不确定阈值场 有界场模型 梯度优化算法 非概率可靠性拓扑优化
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基于几何不确定性鲁棒性优化在肺癌容积旋转调强计划中的应用 被引量：2
6
作者 雷伟杰 曹瑞芬 +3 位作者 贾婧 汪冬 宋婧 胡丽琴 《中国医学物理学杂志》 CSCD 2017年第9期865-869,共5页
目的:研究基于几何不确定性的鲁棒性优化对肺癌容积旋转调强(VMAT)治疗计划的剂量分布影响以及不确定性大小对剂量分布的影响。方法:选取非小细胞肺癌病例10例,利用Raystation计划系统设计基于Minimax原理随机几何误差为4 mm的鲁棒性优... 目的:研究基于几何不确定性的鲁棒性优化对肺癌容积旋转调强(VMAT)治疗计划的剂量分布影响以及不确定性大小对剂量分布的影响。方法:选取非小细胞肺癌病例10例,利用Raystation计划系统设计基于Minimax原理随机几何误差为4 mm的鲁棒性优化计划(P_(2.8)),同传统基于靶区外放的计划(Pnormal)进行剂量学比较,并分别对误差减半(P1.4)和翻倍(P5.6)两种情况考察不确定性大小对剂量学的影响。结果:P_(2.8)和P_(normal)靶区覆盖率相似,二者平均差值为-0.3 Gy,肿瘤控制概率均为78%,均无统计学意义;但P_(2.8)肺部大于20 Gy的体积(V_(20))比P_(normal)平均降低1.1%,平均剂量(Dmean)减少0.6 Gy,并发症发生概率平均降低0.4%,均有统计学意义;食管的D_(mean)则平均降低5 Gy,有统计学意义。P5.6的肺、食管及心脏的各剂量指标均增加,有统计学意义,尤其食管Dmean增加4.4 Gy,肺V_5平均增加4%以上。P_(1.4)的食管D_(mean)减少1.1 Gy,肺部V_(40)减少0.4%,均具有统计学意义。P_(5.6)和P_(1.4)的肿瘤控制概率均为78%。结论:基于几何不确定性的鲁棒性优化降低了危及器官的照射剂量,VMAT对随机几何不确定性剂量影响较敏感。 展开更多
关键词 肺癌 几何不确定性 鲁棒性优化 容积旋转调强
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机器人装配中的几何不确定性建模 被引量：1
7
作者 王建平 冯光涛 赵锡芳 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第12期1789-1792,共4页
在机器人装配中 ,几何不确定性使装配工件的真实位姿在一定的区域内变化 ,对几何不确定性建模就是求解物体的几何不确定性区域 .将几何不确定性解耦成位置不确定性和姿态不确定性的组合 ,对位置不确定性用物体上各点的不确定性球表征 ,... 在机器人装配中 ,几何不确定性使装配工件的真实位姿在一定的区域内变化 ,对几何不确定性建模就是求解物体的几何不确定性区域 .将几何不确定性解耦成位置不确定性和姿态不确定性的组合 ,对位置不确定性用物体上各点的不确定性球表征 ,而姿态不确定性用各点的不确定性球表征 ,并由此求得物体的几何不确定性区域 .由于得到的模型较为抽象复杂 ,在实践应用中 ,需要进行必要的简化 。 展开更多
关键词 机器人装配 柔顺 几何不确定性 凸多面体 建模
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空间有界几何不确定性结构稳健性拓扑优化
8
作者 郑静 丁少楠 姜潮 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期159-170,共12页
在结构拓扑优化设计中,考虑到实际工程结构中存在的与材料性能、工作载荷等相关的不确定性,近年来发展了一系列稳健性拓扑优化方法。目前,稳健性拓扑优化的研究大多是基于结构确定的几何边界,事实上,加工制造误差或测量误差往往会带来... 在结构拓扑优化设计中,考虑到实际工程结构中存在的与材料性能、工作载荷等相关的不确定性,近年来发展了一系列稳健性拓扑优化方法。目前,稳健性拓扑优化的研究大多是基于结构确定的几何边界,事实上,加工制造误差或测量误差往往会带来结构边界的不确定性,忽略这类几何不确定性可能对导致结构设计对边界的微小波动非常敏感。针对设计域空间结构边界扰动的有界特质,采用区间场度量结构的几何不确定性,并基于切比雪夫多项式展开提出了一种高效的稳健性拓扑优化方法。首先,通过Heaviside密度过滤中投影阈值的区间场描述表征结构的边界扰动,并构造了基于最坏情况的稳健性拓扑优化模型;其次,基于区间KL(Karhunen-Loève)展开将区间场近似离散为有限个区间变量,并结合切比雪夫多项式展开方法求解稳健性目标函数及约束;随后,推导了稳健性目标函数及约束对设计变量的灵敏度信息,并采用基于梯度的优化算法更新拓扑设计变量;最后,通过多个数值算例验证所提出方法的有效性。数值算例分析结果表明,结构边界的几何不确定性波动对结构性能具有重要影响。相比于确定边界下的拓扑优化设计,考虑不确定性的拓扑优化设计在结构边界波动下具有更好的稳健性。 展开更多
关键词 稳健性拓扑优化 几何不确定性 区间场 KL展开 切比雪夫多项式
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几何不确定性鲁棒优化在肝癌立体定向放疗中的应用
9
作者 刘登洪 王雪桃 钟仁明 《中国医学物理学杂志》 CSCD 2022年第2期162-168,共7页
目的:分析基于几何不确定性的鲁棒优化计划对肝癌立体定向放疗(SBRT)剂量分布的影响。方法:选取12例肝癌SBRT患者,对每例制作3个调强计划:①基于PTV(ITV-PTV 5 mm)的常规优化(PTV-BasedPlan);②基于ITV非均匀几何不确定性(本中心计算的... 目的:分析基于几何不确定性的鲁棒优化计划对肝癌立体定向放疗(SBRT)剂量分布的影响。方法:选取12例肝癌SBRT患者,对每例制作3个调强计划:①基于PTV(ITV-PTV 5 mm)的常规优化(PTV-BasedPlan);②基于ITV非均匀几何不确定性(本中心计算的不确定性值:进出方向7 mm,左右和前后方向4 mm)的鲁棒优化(Robust Plan_(actual));③基于ITV均匀5 mm几何不确定性的鲁棒优化(RobustPlan_(5 mm))。所有计划都以95%的PTV满足处方剂量作为目标,以等中心均匀偏移4、5、7 mm计算扰动剂量评估鲁棒性。结果:计划①②③的均匀性指数(HI)分别为0.083±0.027、0.099±0.035、0.096±0.026,不具有统计学意义;计划①②③的适形性指数(CI)分别为0.98±0.02、1.02±0.05、1.00±0.04,计划②③相对于计划①的CI具有统计学意义。计划③的正常肝组织平均受量和V_(2500)相对于计划①②分别下降了4.1%、2.5%和5.4%、3.0%,且具有统计学意义(P=0.034、P=0.021和P=0.004、P=0.004),计划②相对于计划①的正常肝组织平均受量和V_(2500)不具有统计学意义(P=0.308和P=0.182),但下降了1.6%和2.5%。对于其鲁棒性,计划②③的5 mm-D_(99%)、5 mm-D_(98%)、5 mm-D_(95%)的剂量-体积直方图带宽(DVHBW)差值相对于计划①更小,随着摆位不确定度的增大,其DVHBW差值越大。结论:在肝脏SBRT治疗中,采用鲁棒优化能够提高靶区剂量分布质量,即使在摆位不确定度有所增加的情况下,仍可以保证ITV的剂量覆盖同时不增加正常组织的照射剂量。 展开更多
关键词 肝癌 立体定向放疗 鲁棒优化 几何不确定性
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220例肿瘤患者HT靶区几何学不确定性分析 被引量：1
10
作者 王志伟 段继梅 +3 位作者 岳麒 杨秀美 谷丹 李荣清 《中华放射肿瘤学杂志》 CSCD 北大核心 2014年第5期415-417,共3页
目的 分析HT靶区的几何学不确定性,为科室CTV外扩至PTV的边界大小提供依据.方法 分析220例肿瘤HT病例,其中头颈部97例、胸部45例、腹盆部78例.计算x、y、z轴向系统误差（Σ）和随机误差（σ）,对摆位数据进行正态性检验,采用2.0Σ＋0.7... 目的 分析HT靶区的几何学不确定性,为科室CTV外扩至PTV的边界大小提供依据.方法 分析220例肿瘤HT病例,其中头颈部97例、胸部45例、腹盆部78例.计算x、y、z轴向系统误差（Σ）和随机误差（σ）,对摆位数据进行正态性检验,采用2.0Σ＋0.7σ和μ±2.58σ计算出各方向外扩边界数值.结果 头颈部、胸部、腹盆部病例摆位时Σ和σ范围分别为（0.7～1.9 mm和1.1 ～1.4 mm）、（0.8 ～4.2 mm和1.5～3.2 mm）、（1.1～4.1 mm和1.8～4.1 mm）,x、y、z轴方向外扩边界分别为（5.2、6.5、7.7 mm）、（7.5、16.2、10.3 mm）、（7.6、17.1、15.7 mm）.结论 HT中外扩边界对靶区覆盖的效果还需后续大量病例验证,但各放疗单位应建立自己的靶区外扩数据. 展开更多
关键词 几何学不确定性 摆位误差 边界 断层治疗
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