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燃气轮机机匣是燃气轮机压气部段的外壳部分,主要承受气体压力载荷和温度载荷。热平衡、椭圆度和结构轻量化,都是工程师们在机匣设计中所关注的重点问题。由于机匣结构复杂,并且在设计中需要同时考虑从开机到稳定运行直至最后关闭的全过程温度变化和压力荷载,导致结构分析计算用时长,不利于进行优化设计。本文针对燃气轮机机匣部件,开展了机匣结构的热力耦合分析,通过机匣部件几何模型和边界载荷,实现了基于EGO算法的机匣结构优化设计,给出了燃气轮机机匣部件螺栓预紧力及几何尺寸的优化结果。论文主要工作包含以下四个方面：(1)介绍了Kriging替代模型的基本理论及MATLAB DACE工具包的使用方法。重点介绍了EGO算法的基本原理和优点,给出其优化设计流程图,并以Branin函数作为数值算例进行了EGO算法与传统Kriging算法的精度对比。(2)建立了燃气轮机机匣三维有限元分析模型,并对其进行了热力耦合分析。针对不同时间阶段下机匣温度分布及径向位移分布开展具体研究,重点关注了敏感区域的最大应力和椭圆度。(3)提出了燃气轮机机匣有限元分析的几何与载荷简化模型。在温度分布和径向位移结果与原模型基本保持一致的前提下,对几何模型和网格划分进行了简化,并通过对比分析发现简化后所需计算时长不到原计算时长的一半；而后,提出了一套针对多种载荷多时间步下工程数值分析问题的简化载荷边界条件的方法,并应用于机匣的载荷简化上,分析发现简化前后的计算结果误差对比在可接受范围内,且计算所需时间不到原模型计算用时的四分之一。(4)基于EGO算法对燃气轮机机匣模型进行了多目标优化设计。以螺栓预紧力、螺栓法兰的高度、热平衡法兰的高度和宽度为设计变量,选取机匣部件的椭圆度和最大应力为目标函数,得到了Pareto前沿曲线,并对典型的优化解进行了对比分析。