基于抗冲击波响应的新型蜂窝夹层结构多目标优化设计

为提高某军用车辆底部防护结构对爆炸冲击波的防护性能,针对其V型底部结构,提出了一种新型蜂窝夹层结构.以降低质量、受冲击载荷后的变形挠度、加速度、增加铝蜂窝材料吸能为目标响应,设置结构中各部件的厚度、几何形状为设计变量建立多目标优化模型.结合实验设计和方差分析方法对设计变量进行参数筛选并建立优化模型的响应面;通过多目标遗传算法对响应面进行求解,得到了该优化问题的Pareto解集,从而指导该车辆底部结构改进设计;在Pareto解集的基础上使用标准边界交叉法和L2准则得到了一个理想解.仿真结果表明,优化后的新型蜂窝夹层结构较V型底部结构而言,其防护性能有明显改善,并且能大大提高防护车辆的离地间隙,这对抗爆炸结构的工程设计具有一定指导意义,且具有很大的实用价值.     

军用车辆底部爆炸冲击下载员下肢保护装置设计与优化

针对车辆底部爆炸冲击下载员下肢因地板冲击发生严重损伤的问题,结合柔性地板结构和防雷脚垫结构,设计了车辆载员下肢保护装置。采用整车爆炸仿真对下肢保护装置防护性能进行分析,研究设计参数对防护性能的影响,确定较优的设计;对较优的下肢保护装置进行静刚度分析,确定其能够提供足够的日常支撑力。对下肢保护装置的设计进行多目标优化,获取该优化问题的一个最优设计方案;通过整车爆炸仿真和试验验证设计方案。结果表明,该方案能够有效降低载员下肢所受冲击,显著提高乘员下肢的防护能力。     

军用车辆底部防护研究与发展综述

底部防护对提高军用车辆的战场生存性和形成有效的乘员保护有着重要的意义,是当前军用车辆领域研究的主要方向之一。综述了军用车辆底部防护技术研究、基于数字仿真的防护能力分析与结构优化、车辆底部防护能力评价、防护策略及其应用、主要车辆底部防护技术措施及能力现状。阐述了 “V”形底部结构、基于新型材料的平板形底部结构、车辆内部结构及乘员约束系统等车辆底部防护技术措施;论述了数字仿真技术在车辆底部防护能力分析及底部结构优化方面的应用及研究情况;分析了爆炸冲击对车辆内部乘员的影响及车辆底部防护能力试验评价研究现状;归纳了局部简易防护、局部加装防护组件、专用防护车身加组件和整体综合防护解决方案等车辆底部防护策略;统计了现有主要防护型车辆底部防护技术措施及能力现状。在此基础上提出了军用车辆底部防护技术研究重点,并对不同类型车辆底部防护能力的发展进行了展望。     

基于遗传算法的某防护结构优化设计

为提高某防护型驾驶室底部类V形防护结构对爆炸冲击波的防护性能,利用尺寸优化和形状优化相结合的设计方法,进行了防护结构的优化设计.首先通过拉丁超立方试验设计建立了中心防护板最大位移和模型总质量的高精度响应面.再综合考虑板件厚度和边界形状的变化范围以及安全性和轻量化要求,运用遗传算法对建立的响应面进行了求解计算,得到了一组最优值.结果表明优化后防护结构的防护性能得到了显著提升,为更多防护结构的设计提供了参考依据.     

某型车车身底部抗爆炸冲击性能仿真研究

为提高某型车车身底部的防护性能,设计了底部带有双V型防雷组件的防护型车身.针对无防雷组件和装有防雷组件的两种车身底部结构,分别进行了基于ALE算法的抗爆炸冲击性能仿真分析.通过对比相同边界条件下两种车身底部结构的抗爆炸冲击性能,得出带有双V型防雷组件的防护型车身底部结构能有效提升车身底部对爆炸冲击的防护性能.通过仿真与试验验证了仿真分析方法的可行性.该研究对军用车辆底部抗爆炸冲击防护性能研究具有一定指导意义和实用价值.     

面向难加工材料钛合金的螺旋铣孔切削参数优化研究

为合理选择航天工业难加工材料钛合金的切削参数(切削速度、切削深度和每齿进给量),提出以切削功率、刀具耐用度和孔表面粗糙度Ra为优化目标,建立螺旋铣孔切削参数优化数学模型,用帕累托多目标遗传算法求解该模型,然后用正交试验法验证目标函数数学模型的预测精度,最后对钛合金螺旋铣孔切削工艺进行实证分析。结果表明:优化解集是切削速度为40~80 m/min、每齿进给量为0.05~0.07 mm/r、切削深度为0.1~0.3 mm、Ra为0.40~0.55μm;Ra预测值误差为3%,而切削功率误差仅为1.5%,表明设计的目标函数模型具有较高的预测精度;切削参数优化结果通过了实验验证。     

基于多目标遗传算法的特种车舱室送风系统优化设计

特种车由于其舱内空间狭窄、人员密集等特点,送风系统难以同时保证多乘、载员人体热舒适性要求,需要对特种车舱室送风系统进行合理布局和优化设计。针对某型特种车,建立其舱室简化三维模型。选取预计平均热感度、空气龄、加权温度及头足温差作为送风系统性能优劣的评判标准,结合计算流体动力学和多目标遗传算法,对送风系统布局和参数分别进行仿真优化设计。仿真结果表明,采用顶部左右条缝及脚部送风口可以有效改善乘、载员热舒适性,提高送风系统性能。进一步分析帕累托最优解,得出顶部送风口位置、送风角度和回风口位置的最优取值。本优化设计结果满足设计指标要求,为特种车送风系统设计、优化工作提供了新的思路。     

爆炸环境下乘员约束系统参数分析及优化

针对特种车辆在底部爆炸环境下乘员座椅受到瞬时高强度冲击时的防护性能进行研究,建立整车爆炸环境,利用仿真计算与试验所得座椅底座加速度进行乘员约束系统冲击输入验证,借鉴普通乘用车加权伤害准则,对乘员约束系统中弹簧刚度、黏性阻尼系数、坐垫刚度与安全带刚度四因素运用试验设计、响应面技术进行相关参数灵敏度分析,并通过遗传算法对代理模型完成参数优化工作,研究发现:优化后的乘员约束系统参数相对初始值达到10.5％的综合防护性能提升.     

基于改进免疫算法的TDOA/AOA混合定位

文中提出了一种改进的免疫算法,对TDOA/AOA混合定位估计中的非线性优化问题进行求解.在设计记忆库规模的时候,引入了帕累托法则,并使记忆库里的个体跟父代群体一起参加生存竞争,使搜索过程减少震荡,收敛速度加快.实验证明,在种群规模不大的情况下,该算法也能稳定快速地逼近全局最优解,在AOA测量值达到一定精度下,能获得比单独TDOA定位算法更好的性能.     

基于多种群协同进化免疫多目标优化算法的百叶窗优化研究

为降低空气流通阻力、增加空气流量以及获得最大的防护能力,对装甲车辆进气和排气百叶窗结构优化进行研究。建立装甲车辆进气和排气百叶窗数值计算模型,根据冷却系统工作特点搭建冷却风道半实物仿真模型,对比分析优化前的仿真结果和台架测试结果,并给出了优化目标函数表达式。为解决优化效率低、计算量大的问题,确定设计变量并建立设计变量与目标函数之间关系的椭圆基神经网络替代模型。通过分析目标函数随设计变量的变化规律,采用基于多种群协同进化免疫的多目标优化算法对模型进行优化,确定了最终解。利用自组织神经网络对样本点进行数据挖掘,找到了内在规律。研究结果表明,优化后的进气和排气百叶窗在提高防护能力的同时,提高了散热性能。     

水下航行器壳体结构多目标优化设计研究

针对大深度水下航行器壳体结构多目标优化问题,提出一种基于自适应响应面的多目标优化方法。该方法利用实验设计得到初始点,利用响应面构造近似模型,初次优化得到Pareto解集。引入一种空间采点法,均匀得到Pareto解样点,使用高精度有限元分析技术校核后补充到初始样本集,通过一种渐近全局策略使近似模型最终满足精度。利用灰色关联分析法处理Pareto解集。结合水下航行器壳体结构实际情况,提出一种多级标度赋权法,在获得各目标权重后从Pareto解集中挑选出满意解,优化后与传统经验公式结果相比,在满足近似精度的前提下,总体性能有了一定提高。     

基于多目标局部变异-自适应量子粒子群优化算法的复杂地形多传感器优化部署

对复杂地形下的多传感器部署问题进行研究,提出了基于多目标局部变异-自适应量子粒子群优化（LM-AQPSO）算法的多传感器多目标优化部署方法。该方法对复杂地形进行多属性网格建模,给出了传感器探测模型和优化目标。引进局部变异和参数自适应策略对量子粒子群优化算法进行改进,并提出了基于LM-AQPSO的多目标Pareto最优解集优化算法。考虑多目标部署需求,构建了基于Pareto最优解集的多传感器优化部署模型。仿真实验结果表明：相对于经典的改进非支配排序遗传算法,所提算法优化的Pareto最优解有着更好的收敛性和分布性,且寻优时间更短;所提模型能有效解决多目标多传感器部署问题,并能同时提供更多的决策方案。     

基于Pareto遗传算法的无后坐炮内弹道多目标优化设计

针对某中口径无后坐炮研制中的内弹道设计问题,将多目标优化的Pareto遗传算法与无后坐炮经典内弹道数学模型相结合,以最大膛压和初速作为优化设计的目标,对药室容积和发射药药量进行了多目标优化设计,提出了一种基于Pareto遗传算法的无后坐炮内弹道多目标优化方法。优化结果表明:所采用的Pareto遗传算法与内弹道相结合是可行的; 利用Pareto遗传算法,所得数个内弹道目标优化解以Pareto前沿面的形式给出,设计人员可根据需要从中选择无后坐炮内弹道的最优设计方案。     

基于改进NSGA-Ⅱ的载人潜水器多开孔耐压结构优化

为提高载人潜水器耐压结构性能和设计效率,开展优化模型和优化算法的改进研究。进行耐压结构有限元模型的网格无关性分析,利用iSight软件对ABAQUS软件进行集成实现耐压结构的参数化分析,进行设计变量的灵敏度分析和降维处理以降低问题分析难度。利用最优拉丁超立方方法进行样本点的选取,进行样本点的参数化分析。基于典型近似模型对样本点进行拟合,选择拟合精度最高、满足工程需要的近似模型作为耐压结构的替代模型,并建立耐压结构多目标优化模型。结合正态分布交叉算子对第二代非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）进行改进,得到NSGA-Ⅱ的改进算法INSGA-Ⅱ,以改善NSGA-Ⅱ局部收敛等问题,在利用测试函数进行INSGA-Ⅱ的有效性验证的基础上,利用INSGA-Ⅱ进行耐压结构多目标优化求解。研究结果表明：参数化分析方法和高精度近似模型可平衡计算精度和设计效率之间的矛盾,在测试对比中,INSGA-Ⅱ所得到的Pareto解集在贴近性、均匀性和收敛性等方面均优于NSGA-Ⅱ,INSGA-Ⅱ得到的耐压结构多目标优化方案较NSGA-Ⅱ更优。     

扭曲尾翼弹箭气动外形多目标优化

为了提升掠飞末敏弹战术技术性能,将扭曲尾翼结构应用于弹箭气动布局,并在风洞实验基础上,结合计算流体力学、正交实验、逐步回归分析以及多目标遗传算法,对扭曲尾翼弹箭开展了以增旋、减阻为目标的气动外形多目标优化设计,最终给出了尾翼外形的Pareto优化方案。结果表明：采用扭曲尾翼结构有利于改善弹箭气动性能;所建立的气动参数代理模型,能对弹箭阻力系数和平衡转速进行准确预测,并得到了尾翼几何参数对其影响规律;基于多目标遗传算法最终得到的Pareto优化方案,达到了良好的增旋、减阻效果。该研究方法对扭曲尾翼弹箭气动优化设计具有参考意义。     

基于改进非支配排序遗传算法身复合材料身管多目标优化

针对复合材料身管设计时多个性能指标设计要求，基于有限元模型和优化设计方法，建立了复合材料身管多目标优化模型，优化的目标为身管一阶固有频率和身管质量，复合材料各层缠绕角和缠绕厚度为优化设计变量，优化方法采用改进的非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）；通过优化求解，获得了复合材料身管的Pareto最优解集；优化算例表明，采用NSGA-Ⅱ获得的Pareto前沿面曲线分布均匀，其所对应的复合材料身管设计方案在刚度和重量方面均有改善。     

车辆电控空气悬挂结构优化模型与优化设计方法研究

针对悬挂结构及参数设计不合理导致的刚度曲线不理想、车辆姿态不一、调节困难等问题,在分析车辆电控空气悬挂特性指标、影响因素、约束条件基础上,提出了满足设计要求的电控空气悬挂特性优化设计规则与评价方法。建立多目标的悬挂结构优化目标模型,并对其结构及参数进行优化设计。研究结果表明：基于多目标电控空气悬挂结构优化目标模型、优化规则与评价方法,体现了前期悬挂设计与后期实车行驶的多方面要求;结构优化规则与评价方法科学、可行,适用于摆动缸与固定缸式油气悬挂的结构优化设计与评价。     

基于优化分析的计数抽样捡验方法

将抽样方案与质量标准结合起来，运用优化理论和Pareto非劣解排序思想，建立了以生产方风险和使用方风险为目标函数的计数抽样检验优化模型，不但充分反映了生产方风险和使用方风险之间的制约关系，而且还可避免求解繁琐的非线性超越方程组。最后通过实例分析验证了该模型的正确性、可用性。