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●第1章緒論
1.1優化驅動的設計方法概述
1.2優化驅動的設計方法研究現狀
1.2.1拓撲優化設計研究現狀
1.2.2多學科設計優化研究現狀
1.2.3可靠性設計優化研究現狀
1.3本書的篇章結構
參考文獻
第2章基於參數化水平集的拓撲優化設計
2.1參數化水平集方法
2.1.1基於水平集的結構邊界隱式表達
2.1.2基於徑向基函數插值的水平集函數參數化
2.1.3基於離散小波分解的插值矩陣壓縮技術
2.2基於參數化水平集的拓撲優化模型
2.3形狀導數與靈敏度分析
2.3.1形狀導數
2.3.2靈敏度分析
2.4數值實現
2.4.1人工材料插值模型
2.4.2過濾技術
2.5優化算法
2.6數值算例
2.6.1二維懸臂梁結構剛度拓撲優化設計
2.6.2三維懸臂結構剛度拓撲優化設計案例
2.7小結
參考文獻
第3章結構拓撲優化設計
3.1多工況結構拓撲優化設計
3.1.1多工況結構拓撲優化設計的擴展很優性
3.1.2多目標拓撲優化模型
3.1.3目標函數權重決策方法
3.1.4靈敏度分析與優化算法
3.1.5數值實例
3.2結構頻率響應拓撲優化設計
3.2.1結構頻率響應拓撲優化設計問題
3.2.2結構頻率響應拓撲優化模型
3.2.模型降階策略
3.2.4靈敏度分析與優化算法
3.2.5數值實例
3.3結構特征值拓撲優化設計
3.3.1結構特征值拓撲優化設計問題
3.3.2結構特征值拓撲優化模型
3.3.3靈敏度分析與優化算法
3.3.4數值實例
3.4多相材料結構拓撲優化設計
3.4.1多相材料結構拓撲優化設計問題
3.4.2多相材料參數化水平集方法
3.4.3多相材料結構拓撲優化模型
3.4.4靈敏度分析與優化算法
3.4.5數值實例
3.5小結
參考文獻
第4章材料拓撲優化設計
4.1基於數值均勻化方法的材料微結構等效性能計算
4.2極限性能材料拓撲優化設計
4.2.1極限性能材料拓撲優化設計問題
4.2.2極限性能材料拓撲優化模型
4.2.3靈敏度分析與優化算法
4.2.4數值實例
4.3負泊松比超材料拓撲優化設計
4.3.1負泊松比超材料拓撲優化設計問題
4.3.2負泊松比超材料拓撲優化設計模型
4.3.3靈敏度分析與優化算法
4.3.4數值實例
4.4功能梯度材料拓撲優化設計
4.4.1功能梯度材料拓撲優化設計問題
4.4.2功能梯度材料微結構的連接性問題
4.4.3功能梯度材料拓撲優化模型
4.4.4靈敏度分析與優化算法
4.4.5數值實例
4.5小結
參考文獻
第5章結構與材料一體化的多尺度拓撲優化設計
5.1結構與材料一體化的多尺度拓撲優化設計概述
5.2靜力學環境下結構與材料一體化的多尺度拓撲優化設計
5.2.1靜力學環境下結構與材料一體化的多尺度拓撲優化策略
5.2.2結構與材料一體化的剛度優選化拓撲優化模型
5.2.3靈敏度分析與優化算法
5.2.4數值實例
5.3動力學環境下結構與材料一體化的多尺度拓撲優化設計
5.3.1動力學環境下結構與材料一體化的多尺度拓撲優化策略
5.3.2結構與材料一體化的頻率響應最小化拓撲優化模型
5.3.3靈敏度分析與優化算法
5.3.4數值實例
5.4小結
參考文獻
第6章多學科設計優化中近似模型構建方法
6.1多學科設計優化中常見的近似模型
6.1.1響應面模型
6.1.2Kriging模型
6.1.3徑向基函數模型
6.2基於基因表達式編程的近似模型構建方法
6.2.1基因和染色體
6.2.2基因型和表現型之間的轉換
6.2.3基於均方差的適應度函數定義
6.2.4基於GEP的近似模型構建流程
6.3近似模型性能測試方案
6.3.1測試算例
6.3.2數據采樣
6.3.3評價標準
6.3.4參數設置
6.4近似模型性能測試結果與比較
6.4.1測試結果
6.4.2性能比較
6.4.3特點總結
6.5小結
參考文獻
第7章多學科設計優化求解策略
7.1多學科多級求解策略
7.1.1並行子空間優化求解策略
7.1.2兩級集成繫統合成求解策略
7.1.3協同優化求解策略
7.1.4分級目標傳遞求解策略
7.2基於Kriging的廣義協同優化求解策略
7.2.1廣義協同優化求解策略
7.2.2基於Kriging的廣義協同優化求解策略
7.2.3測試算例
7.3基於GEP和Nash均衡的多目標求解策略
7.3.1博弈論與多學科設計優化
7.3.2基於Nash均衡的多目標求解策略
7.3.3基於GEP和Nash均衡的多目標求解策略
7.3.4測試算例
7.4基於物理規劃的分級目標傳遞多目標求解策略
7.4.1分級目標傳遞求解策略的不足分析
7.4.2物理規劃簡介
7.4.3基於物理規劃的分級目標傳遞多目標求解策略
7.4.4素間解耦及穩定性分析
7.4.5測試算例
7.5小結
參考文獻
第8章基於概率解析的可靠性設計優化方法
8.1可靠性設計優化的基本求解方法
8.1.1雙循環方法
8.1.2單循環方法
8.1.3解耦方法
8.2基於自適應解耦的可靠性設計優化方法
8.2.1更新角度策略與圓弧搜索算法
8.2.2概率約束的可行性檢查
8.2.3自適應解耦方法的流程和步驟
8.2.4測試算例
8.3面向很優偏移向量的可靠性設計優化方法
8.3.1偏移向量的求解模型分析
8.3.2基於很優偏移向量的可靠性分析模型
8.3.3基於很優偏移向量的可靠性設計優化流程
8.3.4測試算例
8.4使用迭代控制策略的自適應混合單循環方法
8.4.1方法概述
8.4.2迭代控制策略
8.4.3自適應混合單循環法的流程和步驟
8.4.4測試算例
8.5小結
參考文獻
第9章基於近似模型的可靠性設計優化方法
9.1基於近似模型的可靠性設計優化基本原理
9.2基於局部克裡金的自適應可靠性設計優化方法
9.2.1MCS靈敏度分析與近似
9.2.2局部抽樣區域自適應調整
9.2.3局部抽樣策略自適應選擇
9.2.4實施過程及測試算例
9.3可靠性設計優化中的重要邊界抽樣方法
9.3.1約束邊界抽樣準則
9.3.2確定性優化的重要邊界抽樣準則
9.3.3可靠性設計優化的重要抽樣準則
9.3.4測試算例
9.4基於變可信度近似的可靠性設計優化方法
9.4.1VFRBDO中的常用方法
9.4.2最小二乘混合標度的VFSLP框架
9.4.3測試算例
9.5小結
參考文獻
第10章優化驅動的設計方法應用案例
10.1結構拓撲優化設計應用案例
10.1.1衛星推進艙主承力結構拓撲優化設計
10.1.2多工況支撐件拓撲優化設計
10.1.3兩端固支梁的結構頻率響應拓撲優化設計
10.1.4兩端固支梁的結構特征頻率拓撲優化設計
10.2材料拓撲優化設計應用案例
10.2.1具有極限性能的三維材料微結構拓撲優化設計
10.2.2復雜工況作用下的功能梯度材料拓撲優化設計
10.3結構與材料一體化的多尺度拓撲優化設計應用案例
10.3.1靜力學環境下三維懸臂梁結構的多尺度拓撲優化設計
10.3.2動力學環境下三維支撐結構的多尺度拓撲優化設計
10.4多學科設計優化應用案例
10.4.1小水線面雙體船船型參數概念設計
10.4.250000DWT散貨船船型參數概念設計
10.5可靠性設計優化應用案例
10.5.1蜂窩狀結構材料設計
10.5.2箱型梁結構設計
10.5.3彎曲梁結構設計
10.6小結
參考文獻

本書以優化驅動為主線，重點探討了3類優化驅動的設計方法，包括拓撲優化設計、多學科設計優化和可靠性設計優化。在拓撲優化設計方向，介紹了基於參數化水平集的拓撲優化設計，並分別討論了結構拓撲優化設計、材料拓撲優化設計，以及結構與材料一體化的多尺度拓撲優化設計；在多學科設計優化方向，介紹了幾種典型的近似模型構建方法和多學科求解策略；在可靠性設計優化方向，介紹了基於概率解析和基於近似模型的可靠性設計優化方法。最後，介紹了上述3類優化驅動的設計方法在工程實際中的應用案例，為工程產品設計人員提供理論和實際參考。 本書可供高等院校航空航天、力學、機械、土木等專業從事優化設計方向的研究生與教師使用，也適合從事相關研究方向的工程技術人員閱讀。

高亮 等 著