基于Kriging替代模型的燃机部件优化设计

摘要

随着人类工业体系的发展，工业设备的复杂程度也随之增大，以往针对简单结构部件精细模型的优化设计方法变得难以实现。为此，需要引入替代模型来简化优化设计过程。本文针对新型燃气轮机的部件优化设计问题，探讨了基于Kriging替代模型的优化方法，研究了提高替代模型精度的更新方法，提出了基于一次拟合和序列更新拟合Kriging替代模型的自动化优化流程，并应用于燃气轮机的转子转盘和机匣的几何尺寸优化设计。　　本论文的主要工作包含以下三个方面:　　(1)推导和探讨Kriging替代模型的原理、特点，给出了基于一次拟合和序列更新拟合的Kriging替代模型自动化优化流程，并在iSIGHT软件平台上加以实现，用四种标准检验函数对其精度进行了验证;　　(2)以燃机转子轮盘为研究对象，在转动时易出现应力集中和顶部倾斜等现象，故以转子几何尺寸为优化设计变量，进行轻量化设计。运用基于Kriging模型的自动化优化流程完成优化设计，并在精度和效率两方面，与传统的基于精细模型的优化设计进行了比较，验证了基于Kriging模型的优化设计方法的效率很高且精度合理。　　(3)在燃机机匣的优化设计中，按结构模型和接触类型的不同，建立了四种模拟机匣在热力耦合作用下椭圆形变的有限元模型，比较分析结果并选定优化模型。再以法兰尺寸和机匣厚度为优化设计变量，进行轻量化和降低椭圆度的两目标优化。　　此方法具有通用性，能广泛用于各种复杂工程。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 燃气轮机简介

1．1．1 工作原理

1．1．2 国内外发展和研究现状

1．2 替代模型研究概况

1．3 本文主要研究内容

2 Kriging替代模型

2．1 基本原理

2．2 模型特点

2．3 DACE工具包简介

2．4 Kriging模型拟合精度探讨

2．4．1 Branin函数

2．4．2 Rastrigin函数

2．4．3 Hartman函数

2．4．4 Extended Rosenbrock函数

2．5 本章小结

3 基于Kriging替代模型的优化

3．1 优化流程

3．2 更新准则

3．3 基于Kriging优化方法的讨论

3．3．1 Branin函数

3．3．2 Rastrigin函数

3．3．3 Hartman函数

3．3．4 Extended Rosenbrock函数

3．4 本章小结

4 燃机转子轮盘有限元分析模型及优化

4．1 转子轮盘简介

4．2 有限元分析

4．2．1 分析模型

4．2．2 分析结果讨论

4．3 优化设计

4．3．1 优化模型

4．3．2 优化结果及讨论

4．4 本章小结

5 燃机机匣有限元分析模型及优化

5．1 机匣简介

5．2 有限元分析

5．2．1 模型简化

5．2．2 椭圆度定义

5．3 优化设计

5．3．1 优化模型

5．3．2 优化结果及讨论

5．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢