基于Kriging模型的离心叶轮结构优化设计

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1、第31卷第4期沈阳航空航天大学学报V01．3lNo．4兰Q!垒±!旦!竺!堡垒!竺!璺垒!型竺堡垒!竺!里兰堕堕璺堡!!!!壁垒里曼：竺皇：!兰文章编号：2095—1248(2014)04一0017—06基于陆ging模型的离心叶轮结构优化设计赖喜涛1’2’3⋯，温卫东1，冯大俊2(1．江苏省航空动力系统重点实验室，南京210016；2．机械结构力学及控制国家重点实验室，南京210016；3．南京航空航天大学能源与动力学院，南京210016；4．中国人民解放军94994部队，南京210017)摘要：研究了以减重为目标的航空发动机离心叶轮结构优化问题，将Krig

2、ing模型与遗传算法相结合，应用拉丁方试验设计和有限元分析生成初始样本数据，利用初始样本数据建立离心叶轮重量和最大应力等状态参数的Kriging模型，运用遗传算法对该Kriging模型在设计空间进行全局寻优，利用有限元分析方法计算近似最优设计点的状态参数，并以此更新已有的设计样本数据，不断提高Kriging模型的近似精度。计算结果表明，基于Kriging模型一遗传算法的离心叶轮结构优化设计方法不仅可以获得良好的优化结果，比直接用遗传算法寻优减少了大量计算时间，提高了设计效率，同多项式模型一遗传算法相比也有效率优势。关键词：离心叶轮；结构优化；Kriging模型

3、；遗传算法中图分类号：V211文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．2095—1248．2014．04．004StructuraloptimizationofacentrifugmimpellerbasedonaKrigingmodelLAIxi．ta01'2，3⋯，WENWei—don91，FENGDa-jun2(1．JiallgsuKeyLaboratoryofAemspacePowersystems，N删ing210016；2．StateKeyLaboratoryofMechaIlicsaIldCon仃olofMechaIlicalS仃uc

4、tLlres，N删ing210016；3．N删ingUIlivers埘ofAemnauticsaIldAs仃onautics，Nanjing210016；4．uIlit94994ofPLA，N删ing210017)Abstract：Basedona碰gingmodelaIldgeneticalgoritllm，tllestructuraloptiIIlizationofacentrifugalim—pellerisstIldiedinordertoreducetheweightofanairplane．ObtainedfromLatinsquareexperi

5、mentaldesignandfiniteelementanalysis，tlleinitialdataisusedtoestablishaKrigingpar蛐etersmodelofmeweightaIldmemaXimumsn．essoft11ecentrifugaliIIlpeller，whichist11en910baloptimizedbygeneticalgodthm．7Ihestatep猢etersofmeappmximateoptimumpointarecalculatedwithfiniteelementanalysisinordertou

6、p—datetlleeXistingsampledataaIldtoimproVetlleapproximateaccuracyoftllemodel．Theresultsshowmatcomparedwimdirectsearc量lingwithgeneticalgoritllm，tllecombinationofaKrigingmodelandgeneticalgo-rimmcangetagoodoptilllizationresultandreducet11ecomputingtimesignificantly．Thismethodalsohasanem

7、ciencyadVaIltageoVermepolynoIllialmodelaIldgeneticalgorit№．Keywords：centrifugalimpeller；strIlcturaloptiIIlization；I(dgingmodel；geneticalgoritllm在航空发动机离心压气机中离心叶轮是重要的核心部件，由于其工作转速高，对其强度的要求很高。一般在流场计算、强度有限元分析后，需要对叶轮进行结构优化，以减轻结构重量或减小应力幅值。张明辉‘11运用改进的遗传算法对离心叶轮进行减重的结构优化；雒婧‘23对离心叶轮外轮廓型线进行了减应力

8、的结构优化；蔡显新等㈧对整体离心叶轮进