工程結構不確定優化設計技術（簡體書）

《工程結構不確定優化設計技術》將工程領域存在的隨機不確定性和認知不確定性分為隨機性、模糊性和非概率凸性，分別從可靠性和穩健性分析與設計角度出發，詳細介紹了工程結構不確定性優化設計技術理論及工程應用。理論方法部分主要針對單一不確定性和混合不確定性的工程實際，介紹了不確定性設計基本原理與適用范圍，同時系統地總結了不確定性多學科優化設計技術；工程應用部分實踐了各種設計模型及算法的工程實現方法，包括作者科研項目中的典型結構件等；最后對工程結構不確定性優化設計技術未來的前景作了簡單的展望。

結構分析和設計技術發展至今，一方面要求提高計算精度和計算效率，對此設計人員可以通過改善工程結構的建模技術和構造高效率算法來解決；另一方面，科學技術的發展已由過去的“確定論”（即已知系統的初始條件，通過物理定律，便可確定系統以后的運動狀況）發展到今天的“選擇論“或“不確定論”（系統的初始條件未必已知或精確已知，通過物理定律，可確定系統的多種或不確定的運動形式）。確定性的描述僅反映了事物共性或普遍性的一面，而不確定性的描述則是要刻畫事物個性或特殊性的一面，人們認識事物不但要認識它的共性，更重要的是要認識事物的個性或特殊性，以便全面地認識和改造事物。優化本質上表現為決策過程，廣泛應用于工業、農業、工程、交通等諸多領域。優化技術對于結構或結構系統性能提高、資源合理配置、能量低耗散及經濟效益增長均具有明顯的作用。傳統工程問題的分析和優化一般基于確定性的系統參數和優化模型，并借助經典的確定優化方法進行模型的求解。然而，在許多實際的工程問題中，不可避免地存在著材料特性、結構幾何參數、邊界條件、初始條件、測量誤差等不確定性。雖然這些不確定性數值一般較小，但系統非線性及多系統耦合效應則會造成結構或結構系統性能產生較大的波動而無法發揮其規定作用，甚至會造成極其嚴重的后果。不確定環境下工程結構的優化設計逐漸得到了學者和工程師的重視和青睞。面對這種需求，發展相對完整的面向工程結構的不確定優化設計技術成為必然。
本書盡可能為讀者提供不確定優化設計技術相對清晰的框架，逐步向讀者展示這個研究領域涉及的主要內容，安排如下。
第1章呈現了工程結構不確定性分析與優化的基本框架，包括不確定性產生的根源及相應的分類方法、不確定優化基本理論。通過典型的含有不確定性的工程結構等領域的問題實例，使讀者對不確定性形成直觀的印象。這一章扼要地討論了后面各章將深入展開的不確定優化問題。
第2章介紹了工程結構設計的基本方法：可靠性設計和穩健性設計，對兩種從不同角度處理不確定性的設計方法的基本概念與原理進行較為詳細的闡述。針對大型結構或結構系統可靠性或穩健性分析的復雜性，本章詳細列舉了現有代理模型方法。同時，針對優化模型求解困難的問題，以智能優化算法為重要內容對部分優化算法的基本原理及流程進行了說明。
第3章從確定性數學規劃開始，詳細地介紹了包括線性與非線性的單目標數學規劃及多目標數學規劃的基本理論。在此基礎上，對結構優化設計理論發展之初即提出并沿用至今的最優準則法進行了簡要的概述，這是結構優化理論發展過程中一個具有重要意義的發展階段和發展成果。
第4～6章分別從可靠性設計和穩健性設計理念出發，以單一不確定性為對象，根據作者多年從事不確定性分析與設計的經驗，總結作者及國內外學者在不確定性分析與設計領域的研究成果，分別對隨機型、模糊型和未知然而有界型不確定優化設計的原理、模型及求解方法進行了系統性地討論。同時，以數值算例或典型工程結構為對象，實現了理論方法的工程應用。本書重點在第5～8章，讀者可側重于對這幾章內容的理解。
工程結構不確定性廣泛存在，并且不確定性往往以混合形式存在。例如，在機翼結構初始設計階段，由于試驗數據有限，結構幾何參數、新型材料參數等往往定量化為區間數或模糊數形式。隨著設計過程的進行，部分初始定量化為區間數的參數由于試驗數據的增加而獲得其概率密度函數，區間數轉化為隨機數，而其余參數仍為區間數或模糊數，即同時存在隨機型、模糊型及區間型三種不同形式的不確定性。第7章在第4～6章的理論基礎上，以混合形式不確定性為對象，從結構或結構系統可靠性或穩健性設計出發，系統地討論了混合不確定環境下結構或結構系統的分析與設計，并實現了理論方法的工程應用。
大型結構系統的分析與設計往往涉及結構、氣動、控制等多個不同學科，第8章在確定性多學科優化設計理論和不確定優化理論基礎上介紹了不確定多學科優化設計技術的基本框架，總結了現階段已獲得的理論研究成果。對于詳細的確定性多學科優化設計技術，讀者可參閱相關書籍，本書重點對不確定環境下多學科優化設計技術進行討論，并實現部分方法的工程應用。

前言
第1章 緒論
1．1 引言
1．2 不確定性源及差異
1．3 含不確定性的某些實際問題
1．3．1 含隨機不確定性的實際問題
1．3．2 含模糊不確定性的實際問題
1．3．3 含未確知而有界性實際問題
1．4 不確定優化
1．4．1 基于隨機模型的優化方法
1．4．2 基于模糊模型的優化方法
1．4．3 基于非概率凸模型的優化方法
1．5 本章結論
參考文獻
第2章 工程設計方法
2．1 可靠性設計
2．1．1 可靠性設計的重要性
2．1．2 可靠性設計原理
2．1．3 可靠性關系
2．2 穩健性設計
2．2 產品質量特性
2．2．2 穩健設計基本原理
2．2．3 穩健設計分類
2．2．4 穩健設計模型
2．2．5 穩健設計理論框架
2．3 代理模型
2．3．1 函數模型
2．3．2 徑向基函數模型
2．3．3 多項式響應面模型
2．3．4 神經網絡近似模型
……
第3章 數學規劃與結構優化
第4章 隨機優化設計方法
第5章 模糊優化設計方法
第6章 非概率優化設計方法
第7章 工程不確定優化設計方法
第8章 不確定多學科優化設計方法