汽车车架结构多目标拓扑优化方法研究

为了研究以静态多工况下刚度和动态振动频率为目标函数的车架拓扑结构,提出了一种结构的多目标拓扑优化研究方法。基于实体各向同性材料惩罚函数的拓扑优化方法,采用折衷规划法定义多目标拓扑优化和多刚度拓扑优化的目标函数,而振动固有频率拓扑优化的目标函数则采用平均频率法定义。通过优化得到了同时满足静态刚度和振动低阶频率要求的汽车车架结构拓扑。该方法避免了单目标拓扑优化无法考虑其他因素的缺点,适合连续体结构的多目标拓扑优化。     

汽车车架结构多目标拓扑优化方法研究

为了研究以静态多工况下刚度和动态振动频率为目标函数的车架拓扑结构,提出了一种结构的多目标拓扑优化研究方法。基于实体各向同性材料惩罚函数的拓扑优化方法,采用折衷规划法定义多目标拓扑优化和多刚度拓扑优化的目标函数,而振动固有频率拓扑优化的目标函数则采用平均频率法定义。通过优化得到了同时满足静态刚度和振动低阶频率要求的汽车车架结构拓扑。该方法避免了单目标拓扑优化无法考虑其他因素的缺点,适合连续体结构的多目标拓扑优化。     

支撑结构多目标拓扑优化设计研究

以支撑结构为对象,研究了多工况下结构材料的最优布局和结构固有频率最大化的多目标优化问题。在基于变密度连续体结构拓扑优化方法的基础上,采用折中规划法研究多工况下多目标优化函数问题,建立了支撑结构的拓扑优化模型,利用分析层级法确定了各子目标的权重,进行了多目标拓扑优化,得到了材料的优化布局方案,减轻了结构质量,提高了结构固有频率。研究表明拓扑优化方法适用于板壳类结构的优化设计。     

HEV传动系统多目标优化研究

针对当前混合动力研究主要集中在燃油经济性等单目标上,对多目标研究较少的情况,提出一种基于非支配排序的多目标优化算法(multi-objective evolutionary algorithm,MOEA)。以装备5档手动变速器的并联混合动力汽车为对象,研究传动系速比匹配对燃油经济性与排放性的影响。结果表明:相比优化前,优化后燃油经济性提升了3.09%,排放性综合指标提升17.92%;得到的Pareto解集具有良好的分布性与收敛性,不仅优化了目标,更体现出目标间的冲突情况,说明提出的多目标优化算法能够体现混合动力多目标优化的本质;对解集进一步挖掘,理论上能搜寻到的全局最优解集,为混合动力多目标权衡控制策略提供了理想的控制基础。     

控制臂多目标拓扑优化研究

以控制臂为对象,研究了结构材料的多目标拓扑优化问题。应用加权特征值倒数法和折中规划法相结合的方法建立静动态多目标优化数学模型。在连续体结构变密度拓扑优化方法的基础上,建立了控制臂拓扑优化的有限元模型,确定子目标权重系数,进行了多目标拓扑优化。优化结果得到了材料的理想分布,提高了结构固有频率,减低了结构质量,实现多目标的同步优化。     

基于折衷规划的车架结构多目标拓扑优化设计

为避免单目标拓扑优化无法考虑其他因素的缺点,笔者提出了一种车架结构的多目标拓扑优化研究方法.采用折衷规划法建立了车架结构多目标拓扑优化的数学模型,其中多刚度拓扑优化目标函数采用折衷规划法定义,振动频率拓扑优化目标函数采用平均频率法定义.以某越野车车架为例,通过优化得到了同时满足刚度和振动频率要求的车架拓扑结构.理论分析...     

结构多目标拓扑优化目标函数构建方法的研究

为实现结构材料的多目标拓扑优化设计,基于数学规划法提出一种广义的平均距离法,用以研究多目标拓扑优化目标函数的构建方法。介绍了运用平均距离法演变的将多目标转化为单目标的多种方法,并以汽车悬架控制臂为实例,应用演变的多种方法进行拓扑优化仿真研究。研究表明：运用平均距离法演变的多种方法可以灵活地构建多目标优化目标函数,基于所构建的目标函数可以寻找较优的构建方法,更好地将平均距离理念应用于多目标结构优化设计。     

微分进化多目标优化算法研究

对现有的微分进化多目标优化算法做了进一步的研究,揭示了其在机械工程领域中应用存在的问题。在此基础上,对现有的微分进化多目标优化算法进行了修正,给出了基于微分进化算法、适用于机械工程领域的约束多目标优化算法。与目前普遍采用的粒子群多目标优化算法进行了比较,并通过颇具典型意义的双圆弧齿轮传动约束多目标优化范例进行了验证。研究结果表明,该方法比粒子群多目标优化算法具有更好的非劣解的多样性和收敛性,快得多的收敛速度,且程序设计简单、易懂。为机械工程领域约束多目标优化设计提供了一种切实可行的设计算法。     

专用摩擦焊机床身多目标拓扑优化研究

以电解铝预焙阳极导电装置专用摩擦焊机床身为对象,研究连续结构的多目标拓扑优化问题。应用平均特征值倒数法和理想点法相结合的方法建立静动态多目标优化数学模型。在连续体结构变密度拓扑优化方法的基础上,建立了控制臂拓扑优化的有限元模型,确定子目标权重系数,进行了多目标拓扑优化。优化结果得到了材料的理想分布,提高了结构固有频率,减低了结构质量,实现多个目标的共同优化,为专用摩擦焊机床身的进一步改进与优化提供了依据。     

基于协同制造多任务的设备资源配置优化方法研究与应用

为解决协同企业设备资源配置失衡的问题,实现设备资源最佳化动态调度,分析了设备资源配置组合优化过程中的决策目标,提出基于成本、时间、质量等变量的多目标优化模型,利用改进遗传算法对协同制造多任务设备配置优化问题进行研究。以某电机制造企业为实例,分析验证了多目标优化模型及求解方法的可行性与实用性,为多目标配置优化问题的研究提供参考。     

一种具有全局稳定性的多学科协同优化方法

针对协同优化对初始点选取敏感和易收敛到局部极值点的问题,提出了一种具有全局稳定性的协同优化方法.该方法采用全局优化和局部优化两阶段优化策略.在全局优化阶段,系统级优化采用较大的松弛因子,在保证学科间一致性的前提下,将初始点优化到伞局极值点附近;在局部优化阶段,逐步减少松弛因子,增强学科间的一致性,得到全局极值点.两个典型的优化算例表明,优化结果不受初始点的影响,有效增强了协同优化的全局稳定性,并具有较好的可行性和收敛速度.     

基于降维的驾驶员侧约束系统高维目标优化

为解决将高维目标变为单目标优化时各子目标不能同时较优,而多目标算法直接用于高维目标优化时又存在难以找到一个有代表性的Pareto非劣解集问题,在某轿车驾驶员侧约束系统的优化过程中提出了乘员损伤准则与多目标算法协同优化的方法。在已有相关损伤准则基础上根据最新版的FMVSS 208和ECE R94法规提出了适合研究问题的损伤准则;以提出的损伤准则为媒介,将一个高维目标优化问题降为一个低维目标优化问题,通过灵敏度分析、实验设计、多项式近似模型筛选出优化设计变量并得到近似模型,用多目标算法NSGA-Ⅱ对近似模型进行计算得到Pareto非劣解集,将得到的Pareto非劣解集中的每个解代入损伤准则损伤值计算公式,升序排列得到各子目标同时较优而损伤值最小的优化解。最终的优化结果表明：该方法很好地解决了乘员约束系统的高维目标优化问题,优化效果明显。     

基于耦合分析与加权满意度的机械系统多目标协同优化方法

针对机械系统优化中因设计变量耦合关联导致的优化结果可靠性问题,提出了基于加权满意度的耦合关联机械系统多目标协同优化方法。建立机械系统设计变量耦合关联模型,采用最大-最小满意度函数法,并考虑各子目标的相对权重,建立基于权重加权和的多目标协同优化评价函数,将多目标优化问题转变为单目标优化问题。以掩护式液压支架四连杆机构-结构多目标协同优化为对象的应用表明,提出的方法简化了耦合关联机械系统多目标优化求解的复杂度,而且提高了优化结果的可靠性。     

高压储气罐结构拓扑优化设计

拓扑优化是一种能在给定的空间进行结构优化的设计方法,以有限元结构分析与优化算法相结合为手段,对CNG高压储气罐的结构进行了拓扑优化设计,建立了CNG高压储气罐优化设计的有限元模型,确定了设计变量的数目,分析了各设计变量对优化结果的影响,给出了主要设计变量对优化结果的影响规律,根据拓扑优化的计算结果,考虑到制造与加工、生产的需要,确定了储气罐的最优设计参数选择,并分析了各优化结果的应用。计算结果表明该优化设计方法有效,计算结果为高压气罐的进一步设计提供了理论依据。     

机电产品中机械零件、机械系统与控制器参数协同优化方法与应用研究

针对传统机电产品设计模式难以在一个优化过程中综合考虑机械零件、机械系统和控制系统之间相互影响的不足,基于多体动力学、有限元、拓扑优化和PID控制,采用联合仿真,提出了包括零件优化、机械系统优化和控制器优化在内的机电系统协同优化方法;基于MATLAB、ANSYS和Tosca给出了优化过程的软件实现框架;通过一个柔性受控曲柄连杆机构验证了所提出的协同优化方法的有效性。     

利用协同优化方法实现复杂机械系统的设计优化

利用协同优化方法实现了四辊轧机机座的结构参数设计优化。根据多学科设计优化对复杂系统进行设计优化的思想，提出将复杂机械系统分解为若干个简单的子系统进行设计优化。协同优化是近年来发展较快的一种多学科设计优化算法，描述了应用于复杂工程系统优化设计的协同优化方法。在协同优化的系统级优化中，引入松弛变量，将一致性等式约束转化为不等式约束，松弛变量的取值影响系统级优化的收敛速度。通过对四辊轧机机座的结构参数设计优化，给出了利用协同优化方法进行复杂机械系统设计优化的一般思路，为解决更为复杂的机械系统的设计优化问题打下了基础。算例证明了协同优化算法解决复杂机械系统设计优化问题的有效性。     

基于遗传算法的锻压机床多目标优化设计方法

提出了一种基于遗传算法的锻压机床优化设计方法,并基于该方法开发了一个以多目标参数优化系统为核心的优化设计平台。该设计平台综合运用了Pro/E的建模及分析计算能力和MATLAB的数学分析处理能力,使得在该优化平台上进行的优化设计既可以保证以精确的实体模型的分析结果为指导,又能基于遗传算法进行多参数多目标协同优化,从而提高了锻压机床的设计效率和优化效果。以某锻压机床为实例,验证了该平台的有效性和可靠性。     

采用反馈机制的多生产线制造系统协同优化

为研究具有可互替耦合设备的多生产制造系统的优化问题,给出了该类型制造系统的一般性描述,并基于经典的MiniFAB模型设计了该多生产线制造系统。为解决优化过程中训练数据不足的问题,提出了基于反馈机制的多生产线制造系统结构优化方法。为进一步提高优化方法的精度,将结构优化方法与启发式调度规则优化结合,提出了多生产线制造系统协同优化方法。案例验证了所提出方法的可行性和有效性。     

超精密机械结构多目标拓扑优化设计

为满足超精密工件台结构极高的静动性能要求,提出了一种基于目标分层的多目标结构拓扑优化方法,并将其应用于超精密工件台关键件的结构优化设计中。基于ANSYS的仿真实验结果表明,多目标结构拓扑优化方法能够有效地提高结构的静动性能和设计效率,满足超精密结构极高的性能要求,为现代工程结构的多目标优化设计和改进提供了理论依据和方法。