本书是一本全面系统论述基于数值模拟的设计理论与方法的专著。在机械装备设计开发中往往涉及结构复杂、工况极端、大规模计算、多功能需求和参数不确定等难点，这导致基于数值模拟的设计在精度、效率、功能和可靠性等方面难以得到保证。围绕这些关键共性技术难题，本书深入系统地阐述了集反求建模、快速分析、工程优化和不确定性评价为一体的先进设计基础理论与方法体系。全书共十三章，内容主要包括基于计算反求的高精度数值模拟的建模方法、基于代理模型和缩减基法的结构快速分析方法、满足多功能需求的多目标优化设计方法、基于区间模型的不确定性分析和优化设计方法。
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目录
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前言
第1章绪论1
1.1背景和研究意义1
1.2关键科学问题与技术难点4
1.3研究现状6
1.3.1高精度数值模型建模理论与方法6
1.3.2复杂装备的快速分析理论与方法7
1.3.3高效的结构优化设计理论与方法8
1.3.4不确定分析与可靠性设计理论与方法9
1.4本书内容9
参考文献11
第一部分高精度数值模型建模方法
第2章高精度数值模型建模方法概述17
2.1工程背景及意义17
2.2基于计算反求的高精度建模19
参考文献24
第3章计算反求技术26
3.1引言26
3.2敏感性分析方法27
3.2.1局部和全局敏感性分析28
3.2.2基于直接积分的全局敏感性分析方法29
3.2.3数值算例32
3.2.4工程应用：汽车顶压结构的全局敏感性分析33
3.3病态问题的正则化方法36
3.3.1不适定性分析36
3.3.2正则化方法37
3.3.3正则化参数选择方法41
3.3.4正则化方法在模型载荷参量识别中的应用43
3.4计算反求算法47
3.4.1基于梯度的反求算法47
3.4.2基于智能进化的反求算法50
3.4.3混合反求算法52
3.5小结54
参考文献54
第4章模型参量的计算反求57
4.1引言57
4.2模型特征参量反求57
4.2.1基于区域划分的冲压件材料特性反求57
4.2.2混凝土材料的动态本构参数反求61
4.3模型环境参量反求67
4.3.1圆筒结构的动态载荷反求67
4.3.2车辆碰撞初始条件反求71
4.4小结73
参考文献74
第二部分结构快速分析方法
第5章结构快速分析方法概述79
5.1工程背景及意义79
5.2代理模型方法80
5.3模型降阶方法82
参考文献83
第6章基于代理模型的结构快速分析86
6.1引言86
6.2基于结构选择技术的多项式响应面86
6.2.1基于误差减少比率的多项式结构选择86
6.2.2数值算例88
6.2.3工程应用：油气悬架非线性输出力建模89
6.3基于自适应径向基函数的代理模型92
6.3.1样本点和测试点的选取93
6.3.2形参数的优化94
6.3.3更新流程95
6.3.4数值算例96
6.3.5工程应用：薄壁梁结构耐撞性的代理模型构造98
6.4高维代理模型100
6.4.1高维代理模型的改进101
6.4.2计算效率分析103
6.4.3数值算例104
6.5小结106
参考文献107
第7章基于减基法的结构快速分析109
7.1引言109
7.2结构静力响应快速分析的减基法109
7.2.1基于减基法快速计算的基本流程110
7.2.2减基空间的构造111
7.2.3工程应用：驾驶室结构快速分析113
7.3结构动力响应快速分析的减基法114
7.3.1结构动力学问题参数化描述115
7.3.2基于时间域积分的减基空间构造115
7.3.3基于最小二乘的投影降阶116
7.3.4数值算例117
7.4小结120
参考文献121
第三部分多目标优化设计
第8章多目标优化设计概述125
8.1多目标优化的特点125
8.2多目标优化最优解集126
8.3多目标优化求解方法127
8.3.1基于偏好的求解方法127
8.3.2基于进化算法的产生式方法129
参考文献131
第9章微型多目标遗传算法134
9.1引言134
9.2微型多目标遗传算法的基本流程134
9.3微型多目标遗传算法的实现技术136
9.3.1非支配分级137
9.3.2种群多样性保持策略138
9.3.3精英个体保留机制139
9.4性能测试及评价140
9.4.1数值算例测试140
9.4.2工程算例测试146
9.5工程应用148
9.5.1悬架导向机构的优化设计148
9.5.2薄板冲压成形变压边力的优化设计151
9.6小结154
参考文献155
第10章基于代理模型的多目标优化设计157
10.1引言157
10.2基于智能布点的多目标优化算法159
10.2.1智能布点技术159
10.2.2收敛准则161
10.2.3算法流程161
10.2.4性能测试163
10.2.5工程应用：商用车驾驶室结构多目标优化设计167
10.3基于序列代理模型的多目标优化算法172
10.3.1多目标信赖域模型管理172
10.3.2样本遗传策略174
10.3.3算法流程175
10.3.4性能测试177
10.3.5工程应用：车门结构的多目标优化设计179
10.4小结183
参考文献184
第四部分不确定性优化设计
第11章不确定性优化设计概述189
11.1随机规划和模糊规划189
11.2区间优化190
参考文献192
第12章基于区间结构分析的不确定性优化方法194
12.1引言194
12.2一般形式的区间不确定性优化194
12.3区间优化模型195
12.3.1区间序关系及不确定目标函数的转换195
12.3.2区间可能度及不确定约束的转换197
12.3.3确定性优化问题201
12.4区间结构分析方法202
12.5基于区间结构分析的不确定性优化算法203
12.6工程应用205
12.6.1车架结构的不确定性优化设计205
12.6.2乘员约束系统的不确定性优化设计208
12.7小结210
参考文献210
第13章基于代理模型的区间不确定性优化设计212
13.1引言212
13.2基于代理模型管理策略的区间优化算法212
13.2.1近似不确定优化建模212
13.2.2设计空间更新213
13.2.3真实罚函数计算214
13.2.4算法流程215
13.2.5工程应用：磨床主轴的不确定优化217
13.3基于局部加密代理模型的区间优化算法218
13.3.1近似不确定优化建模219
13.3.2算法流程220
13.3.3工程应用：车身薄壁梁耐撞性设计222
13.4小结224
参考文献224
彩图
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