一种航空管接头密封性能多目标优化方法技术

本发明专利技术公开了一种航空管接头密封性能多目标优化方法，建立管接头密封性能多目标优化代理模型，根据各个目标函数的区间范围为每个所述目标函数设置偏好区间值；对所述偏好区间值进行曲线拟合，得到对应的偏好函数；将目标函数的初始函数值带入所述偏好函数中求得相应的偏好函数值，计算目标函数的综合偏好值；构建关于目标函数综合偏好值Kriging代理模型作为适应度函数，利用遗传算法对经过物理规划法处理的目标函数进行全局寻优获得航空管接头密封性能多目标优化设计的最优解。根据目标函数获得的最优解能够得到满足偏好需求的卡套角度和卡套的材料对影响管接头的密封性能的接触面积、接触压力和有效密封面积进行优化，从而提高了管接头的密封性能。从而提高了管接头的密封性能。从而提高了管接头的密封性能。

【技术实现步骤摘要】
一种航空管接头密封性能多目标优化方法


[0001]本专利技术涉及航空管接头
，具体涉及一种航空管接头密封性能多目标优化方法。

技术介绍

[0002]在当今航空技术飞速发展、质量不断提高的同时，航空液压管路系统所要承受的工作压力也越来越高，高可靠性的飞机液压系统在整机飞行中起着至关重要的作用。航空液压管接头作为管路连接和高压流体密封的重要组成部分，其可靠性是保障飞机液压系统安全工作的前提。因此，有必要对航空管接头的密封特性以及密封性能优化展开研究，以提高飞机在飞行中的安全性和可靠性。
[0003]航空管接头密封性能优化属于多目标优化，且设计变量与目标函数之间的函数关系无法用显性函数表达式表达。这种情况下可以利用Kriging代理优化算法，这种算法可以利用较少的数据构建一个近似的代理模型，通过对代理模型进行优化，可以高效地解决工程优化黑箱问题。在处理昂贵多目标优化问题上，常用的方法是加权系数、启发式的算法（如多目标遗传算法）和物理规划法。
[0004]但是加权系数法需要对每个目标函数赋予权值，具有很大的主观性，且需要不断的修改权值来获得满足需求的解，加长了计算时间。而对于启发式的算法，其非劣解需要在大量的个体中竞争产生，需要调用上千次的仿真模型，并且还需要在非劣解集中选取满足设计目标的方案，该方法效率低下，占用大量的计算机资源。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决上述技术问题，提出了如下技术方案：第一方面，本专利技术实施例提供了一种航空管接头密封性能多目标优化方法，所述方法包括：建立管接头密封性能多目标优化代理模型，所述多目标优化代理模型包括：初始设计变量、设计变量的设计空间、目标函数及其区间范围；在所述设计空间中采用最优拉丁超方设计方法生成预设数量的初始样本点，并将所述初始样本点及其响应值保存到数据样本库中；根据各个目标函数的区间范围为每个所述目标函数设置偏好区间值；根据物理规划法对所述偏好区间值进行曲线拟合，得到所述偏好区间值对应的偏好函数；将所述目标函数的初始函数值带入所述偏好函数中求得相应的偏好函数值，计算目标函数的综合偏好值；提取数据样本据中所有的初始样本点及其对应的综合偏好值构建关于目标函数综合偏好值Kriging代理模型；将所述Kriging代理模型作为适应度函数，利用遗传算法对经过物理规划法处理的目标函数进行全局寻优获得航空管接头密封性能多目标优化设计的最优解。
[0006]采用上述实现方式，根据目标函数获得的最优解能够得到满足偏好需求的卡套角度和卡套的材料对影响管接头的密封性能的接触面积、接触压力和有效密封面积进行优化，从而提高了管接头的密封性能。
[0007]结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述建立管接头密封性能多目标优化代理模型，包括：针对会导致管接头密封性能发生变化的影响因素，确定初始设计变量,以及设计变量的设计空间；确定目标函数及其区间范围，设置初始样本点数量和新增验证样本；所述初始样本点数量其中n为设计变量的个数。
[0008]结合第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述在所述设计空间中采用最优拉丁超方设计方法生成预设数量的初始样本点，并将所述初始样本点及其响应值保存到数据样本库中，包括：对初始样本点进行归一化，利用公式对样本点各设计变量的取值转到一个统一的区间上，其中，为样本点归一化后的取值，l=1,2,
…
,N0，k=1,2,3,
…
，n,x
k,min
=min()为所有样本点在l维设计变量上的最小值；d
k
=max()
‑
min()为第k维设计变量上样本点之间的最大距离；在设计空间M0中，在各自设计变量的最大值和最小值范围内利用最优拉丁超方均匀采样N0个设计样本点。
[0009]结合第一方面第二种可能的实现方式，在第一方面第三种可能的实现方式中，所述根据各个目标函数的区间范围为每个所述目标函数设置偏好区间值，包括：若目标函数偏好类型为软偏好越大越好，则根据各个目标函数f
i
(x)的取值范围，将该范围均匀分成四份，均值为，其中，，,,t=2,3,4,5,f
t
为偏好区间值；或者，若目标函数偏好类型为软偏好越小越好，则根据各个目标函数f
i
(x)的取值范围，将该范围均匀分成四份，,,,t=2,3,4,5。
[0010]结合第一方面第三种可能的实现方式，在第一方面第四种可能的实现方式中，所述根据物理规划法对所述偏好区间值进行曲线拟合，得到所述偏好区间值对应的偏好函数，包括：针对目标函数设置好偏好类型，并设置偏好区间值f1对应偏好函数值F1；确定偏好函数中每个区域处F
t
的差值，其中，，2≤t≤5，β＞1，β为凸性参数，n
sc
为目标偏好函数的个数；求解每个偏好区间值f
t
对应的偏好函数值F
t
，其中，,2≤t≤5；计算偏好区间值之间的距离，,2≤t≤5；
选择偏好曲线的类型，确定横纵坐标间的线性关系，获得偏好函数。
[0011]结合第一方面第四种可能的实现方式，在第一方面第五种可能的实现方式中，还包括确定凸性参数β的值，包括：如果目标函数的个数n
sc
较大（n
sc
＞5），则β要取较小的值，一般取0<β<1，且n
sc
越大，β的取值越小；或者，如果目标函数的个数n
sc
较小(n
sc
≤3)，则β要取较大得值，β>1，这样才能保证β*n
sc
＞1。
[0012]结合第一方面第四种可能的实现方式，在第一方面第六种可能的实现方式中，所述选择偏好曲线的类型，确定横纵坐标间的线性关系，获得偏好函数，包括：如果选择分段线性关系且为软偏好越小越好，则偏好函数每段区间的斜率为S
t
,；偏好函数为式中为区间偏好值对应的偏好函数值，f
i
(x)为目标函数值，或者，如果选择非线性关系,则利用设置好的区间偏好值f
t
和对应的偏好函数值F
t
进行四次曲线拟合，偏好函数为，式中a1，a2，a3，a4为多次项系数，a5为常数项。
[0013]结合第一方面第五或六种可能的实现方式，在第一方面第七种可能的实现方式中，所述将所述Kriging代理模型作为适应度函数，利用遗传算法对经过物理规划法处理的目标函数进行全局寻优获得航空管接头密封性能多目标优化设计的最优解，包括：利用最优拉丁设计方法新增N
V
个验证样本，并利用所述Kriging代理模型和有限元法分别求得验证样本点的响应值，将二者的结果进行对比；如果若误差小于预设值则将Kriging代理模型作为适应度函数，利用遗传算法对经过物理规划法处理的目标函数进行全局寻优；判断当前的解是否满足偏好需求或是否达到迭代次数，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航空管接头密封性能多目标优化方法，其特征在于，所述方法包括：建立管接头密封性能多目标优化代理模型，所述多目标优化代理模型包括：初始设计变量、设计变量的设计空间、目标函数及其区间范围；在所述设计空间中采用最优拉丁超方设计方法生成预设数量的初始样本点，并将所述初始样本点及其响应值保存到数据样本库中；根据各个目标函数的区间范围为每个所述目标函数设置偏好区间值；根据物理规划法对所述偏好区间值进行曲线拟合，得到所述偏好区间值对应的偏好函数；将所述目标函数的初始函数值带入所述偏好函数中求得相应的偏好函数值，计算目标函数的综合偏好值；提取数据样本据中所有的初始样本点及其对应的综合偏好值构建关于目标函数综合偏好值Kriging代理模型；将所述Kriging代理模型作为适应度函数，利用遗传算法对经过物理规划法处理的目标函数进行全局寻优获得航空管接头密封性能多目标优化设计的最优解。2.根据权利要求1所述的航空管接头密封性能多目标优化方法，其特征在于，所述建立管接头密封性能多目标优化代理模型，包括：针对会导致管接头密封性能发生变化的影响因素，确定初始设计变量,以及设计变量的设计空间；确定目标函数 及其区间范围，设置初始样本点数量和新增验证样本；所述初始样本点数量其中n为设计变量的个数。3.根据权利要求2所述的航空管接头密封性能多目标优化方法，其特征在于，所述在所述设计空间中采用最优拉丁超方设计方法生成预设数量的初始样本点，并将所述初始样本点及其响应值保存到数据样本库中，包括：对初始样本点进行归一化，利用公式 对样本点各设计变量的取值转到一个统一的区间上，其中，为样本点归一化后的取值，l=1,2,
…
,N0，k=1,2,3,
…
，n,x
k,min
=min( )为所有样本点在l维设计变量上的最小值；d
k
=max( )
‑
min( )为第k维设计变量上样本点之间的最大距离；在设计空间M0中，在各自设计变量的最大值和最小值范围内利用最优拉丁超方均匀采样N0个设计样本点。4.根据权利要求3所述的航空管接头密封性能多目标优化方法，其特征在于，所述根据各个目标函数的区间范围为每个所述目标函数设置偏好区间值，包括：若目标函数偏好类型为软偏好越大越好，则根据各个目标函数f
i
(x)的取值范围，将该范围均匀分成四份，均值为，其中， ，,,t=2,3,4,5,f
t
为偏好区间值；或者，若目标函数偏好类型为软偏好越小越好，则根据各个目标函数f
i
(x)的取值范围，将该
范围均匀分成四份，,, ,t=2,3,4,5。5.根据权利要求4所述的航空管接头密封性能多目标优化方法，其特征在于，所述根据物理规划法对所述偏好区间值进行曲线拟合，得到所述偏好...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫洋洋，张庆荣，张强，于效顺，时圣状，李奡，
申请(专利权)人：潍坊科技学院，
类型：发明
国别省市：