基于IABC-Kriging模型的自适应可靠性优化设计
Adaptive reliability optimization design based on the IABC⁃Kriging model
- 机械强度 2026年48卷第3期 页码：1-9
- 作者机构：
1.电子科技大学长三角研究院（湖州），湖州 313001］
2.西华大学 机械工程学院，成都 610039
3.安阳工学院 机械与航空制造工程学院，安阳 455000
4.电子科技大学 机械与电气工程学院，成都 611731
- 作者简介：
刘瀚儒，男，2001年生，河北廊坊人，硕士；主要研究方向为机电装备可靠性分析与优化；E-mail：18655991681@163.com。
智鹏鹏（通信作者），男，1989年生，河南漯河人，博士，副研究员；主要研究方向为机电装备不确定性分析与优化及仿生飞行器研发等；E-mail：zhipeng17@yeah.net。
- 基金信息：国家自然科学基金项目(52405255);航空科学基金项目(2024Z005183001);湖州市科技计划项目(2023GZ05);河南省科技攻关项目(252102220051)
DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.03.001
中图分类号： TH111收稿：2025-01-02，
纸质出版：2026-03-15
- 稿件说明：
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刘瀚儒，智鹏鹏，何瑞恒，等. 基于IABC-Kriging模型的自适应可靠性优化设计［J］. 机械强度，2026，48（3）：1-9.
LIU Hanru，ZHI Pengpeng，HE Ruiheng，et al. Adaptive reliability optimization design based on the IABC-Kriging model［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（3）：1-9.
刘瀚儒，智鹏鹏，何瑞恒，等. 基于IABC-Kriging模型的自适应可靠性优化设计［J］. 机械强度，2026，48（3）：1-9. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.03.001.
LIU Hanru，ZHI Pengpeng，HE Ruiheng，et al. Adaptive reliability optimization design based on the IABC-Kriging model［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（3）：1-9. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.03.001.
摘要
目的
2
针对复杂机械结构可靠性优化设计中性能函数表征困难、计算效率低的问题，建立一种基于改进人工蜂群（Improved Artificial Bee Colony
IABC）算法与并行加点Kriging模型的自适应优化设计框架。
方法
2
首先，利用Kriging模型构建了设计变量与性能函数的映射关系；其次，提出一种结合自适应学习函数
H
与函数
B
的并行加点策略，通过动态更新样本库提升了代理模型的拟合精度；然后，改进了人工蜂群算法的步长调整与蜜源追踪机制，提高了全局搜索的效率与精度；最后，将改进算法与国际结构安全性联合委员会组合法（Joint Committee on Structural Safety Combined Method
JC）结合进行了可靠度约束下的综合优化求解。
结果
2
算例分析表明，所提方法在保证优化精度的前提下，显著减少了性能函数的调用次数，提高了可靠性优化设计的效率，为复杂结构的稳健设计提供了有效的计算手段。
Abstract
Objective
2
Aiming at the problems of difficult characterization of performance functions and low efficiency in reliability optimization design of complex mechanical structures
an adaptive reliability optimization design method based on the improved artificial bee colony (IABC) algorithm and parallel infilling Kriging model was proposed.
Methods
2
Firstly
a parametric structural performance function model was established
and the relation between design variables and performance functions was characterized by the Kriging model. Secondly
a parallel infilling strategy combining adaptive learning functions
H
and
B
was proposed to improve the fitting accuracy. Then
the IABC algorithm was developed by improving the adaptive step size adjustment
global opti
mal nectar source tracking
and roulette mechanism to enhance efficiency. Finally
the Joint Committee on Structural Safety combined method (JC)
and IABC algorithm were integrated to obtain the optimal solution under reliability constraints.
Results
2
Numerical examples demonstrate that the proposed method balances the accuracy and efficiency of structural reliability optimization. Compared with traditional methods
the number of performance function calls is significantly reduced
the effective calculation methods for the robust design of complex structures are provided.
关键词
Keywords
references
毋高峰 ， 毋亚文 ， 智鹏鹏 ， 等 . 基于GA加权网络的转向架构架多目标可靠性优化设计 ［J］. 机械强度 ， 2022 ， 44 （ 4 ）： 859 - 866 .
WU Gaofeng ， WU Yawen ， ZHI Pengpeng ， et al . Multi-objective reliability optimization design of bogie frame based on GA weighted network ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2022 ， 44 （ 4 ）： 859 - 866 . （In Chinese）
闫国华 ， 任新江 ， 刘勇 . 新型梁式管接头的密封性能分析与结构优化设计 ［J］. 机械强度 ， 2023 ， 45 （ 6 ）： 1394 - 1402 .
YAN Guohua ， REN Xinjiang ， LIU Yong . Sealing performance analysis and structural optimization design of new beam seal ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2023 ， 45 （ 6 ）： 1394 - 1402 . （In Chinese）
HUANG D ， ALLEN T T ， NOTZ W I ， et al . Global optimization of stochastic black-box systems via sequential Kriging meta-models ［J］. Journal of Global Optimization ， 2006 ， 34 （ 3 ）： 441 - 466 .
高进 ， 崔海冰 ， 樊涛 ， 等 . 一种基于自适应Kriging集成模型的结构可靠性分析方法 ［J］. 中国机械工程 ， 2024 ， 35 （ 1 ）： 83 - 92 .
GAO Jin ， CUI Haibing ， FAN Tao ， et al . A structural reliability calculation method based on adaptive Kriging ensemble model ［J］. China Mechanical Engineering ， 2024 ， 35 （ 1 ）： 83 - 92 . （In Chinese）
李国发 ， 陈泽权 ， 何佳龙 . 新型结构可靠性分析自适应加点策略 ［J］. 吉林大学学报（工学版） ， 2021 ， 51 （ 6 ）： 1975 - 1981 .
LI Guofa ， CHEN Zequan ， HE Jialong . New adaptive sampling strategy for structural reliability analysis ［J］. Journal of Jilin University（Engineering and Technology Edition） ， 2021 ， 51 （ 6 ）： 1975 - 1981 . （In Chinese）
陈璇 ， 李嘉 ， 李斌 ， 等 . 基于Kriging的多阶段加点策略及离心叶轮汽蚀优化 ［J］. 西北工业大学学报 ， 2024 ， 42 （ 3 ）： 467 - 476 .
CHEN Xuan ， LI Jia ， LI Bin ， et al . The multi-stage adding strategy on Kriging and applied to cavitation optimization of centrifugal impeller ［J］. Journal of Northwestern Polytechnical University ， 2024 ， 42 （ 3 ）： 467 - 476 . （In Chinese）
谢延敏 ， 张飞 ， 潘贝贝 ， 等 . 基于并行加点Kriging模型的拉延筋优化 ［J］. 机械工程学报 ， 2019 ， 55 （ 8 ）： 73 - 79 .
XIE Yanmin ， ZHANG Fei ， PAN Beibei ， et al . Optimization of drawbeads based on parallel infilling strategy and Kriging models ［J］. Journal of Mechanical Engineering ， 2019 ， 55 （ 8 ）： 73 - 79 . （In Chinese）
MAIA M A ， PARENTE E ， DE MELO A M C . Kriging-based optimization of functionally graded structures ［J］. Structural and Multidisciplinary Optimization ， 2021 ， 64 （ 4 ）： 1887 - 1908 .
TIAN X ， LI J . Robust aerodynamic shape optimization using a novel multi-objective evolutionary algorithm coupled with surrogate model ［J］. Structural and Multidisciplinary Optimization ， 2020 ， 62 （ 4 ）： 1969 - 1987 .
LIM J ， JANG Y S ， CHANG H S ， et al . Multi-objective genetic algorithm in reliability-based design optimization with sequential statistical modeling：an application to design of engine mounting ［J］. Structural and Multidisciplinary Optimization ， 2020 ， 61 （ 3 ）： 1253 - 1271 .
官毅 ， 盛国军 . 基于遗传区间仿射响应面的结构时变稳健可靠性优化 ［J］. 机械强度 ， 2024 ， 46 （ 3 ）： 643 - 651 .
GUAN Yi ， SHENG Guojun . Time-dependent robust reliability optimization of structure based on genetic interval affine response surface ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2024 ， 46 （ 3 ）： 643 - 651 . （In Chinese）
CHAKRI A ， YANG X S ， KHELIF R ， et al . Reliability-based design optimization using the directional bat algorithm ［J］. Neural Computing and Applications ， 2018 ， 30 （ 8 ）： 2381 - 2402 .
HAMZA F ， FERHAT D ， ABDERAZEK H ， et al . A new efficient hybrid approach for reliability-based design optimization problems ［J］. Engineering with Computers ， 2022 ， 38 （ 3 ）： 1953 - 1976 .
ZHANG C ， SHAFIEEZADEH A . A quantile-based sequential app-roach to reliability-based design optimization via error-controlled adaptive Kriging with independent constraint boundary sampling ［J］. Structural and Multidisciplinary Optimization ， 2021 ， 63 （ 5 ）： 2231 - 2252 .
邱涛 ， 张建国 ， 邱继伟 ， 等 . 基于二参数寻优设计点的混合结构可靠性分析算法 ［J］. 兵工学报 ， 2019 ， 40 （ 4 ）： 865 - 873 .
QIU Tao ， ZHANG Jianguo ， QIU Jiwei ， et al . Two-parameter optimization design point-based reliability analysis algorithm for structures with mixed uncertainty ［J］. Acta Armamentarii ， 2019 ， 40 （ 4 ）： 865 - 873 . （In Chinese）
KARÁSEK M ， NAN Y H ， ROMANESCU I ， et al . Pitch moment generation and measurement in a robotic hummingbird ［J］. International Journal of Micro Air Vehicles ， 2013 ， 5 （ 4 ）： 299 - 309 .
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