基于响应面模型的刀口金属密封结构稳健设计

密封是危险品包装容器设计中的重要环节,合理确定密封结构设计参数是实现可靠密封的前提。基于有限元仿真,通过单因素数值试验分析,确定满足密封判据的刀口金属密封结构设计参数取值范围。采用均匀设计建立以设计参数为变量,有效密封面宽及最大接触压力为响应的二阶响应面模型,针对设计参数的扰动,结合多目标优化方法,在优化模型上增加表征目标函数稳健性的灵敏度附加项,并对约束条件进行稳健可行性调整,通过求解,得到结构较稳健的设计参数组合。     

基于响应面法的柱塞泵迷宫密封优化设计

为了优化柱塞泵的迷宫密封结构减少泄漏量,选取密封槽角度、高度、宽度等参数为优化变量,以泄漏量最小为优化目标,采用神经网络响应面对迷宫密封结构建立了优化模型,并分析了各设计参数对泄漏量的影响;基于建立的响应面模型,以泄漏量最小为优化目标,应用遗传算法进行了优化计算,优化后的迷宫密封结构的泄漏量比原型降低了97.3%,并对优化后的结构应用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)进行了验证,结果表明该优化结果比较准确。     

多变量双侧齿迷宫密封泄漏量模拟分析研究

针对目前主要以单侧齿、单一变量变化研究迷宫密封泄漏量所存在的不足,本文以多变量函数理论为基础,以双侧齿迷宫空腔结构多参数变化对迷宫密封性能影响为研究对象,对双齿侧、双变量变化的迷宫密封泄漏量进行研究。通过对迷宫密封流场中三角形齿和矩形齿的深宽比、密封间隙、齿数等参数变化的模拟研究表明,本文所提出的方法与原计算方法相比,计算精度高3%⁵%。     

基于区间可能度的区间参数桁架结构多目标拓扑优化

研究区间参数桁架结构在应力和频率约束下的多目标拓扑优化问题,即构建区间参数桁架结构的多目标拓扑优化模型,以各杆截面面积和拓扑逻辑变量为设计变量,结构总质量和结构最大位移上限最小为目标函数,满足单元区间应力可能度、区间频率可能度为约束条件.利用泰勒展开和函数的区间扩张导出应力、位移和频率响应的区间包,采用基于个体排序的Pareto 遗传算法求解其有约束多目标优化问题.两个数值算例验证文中模型及求解策略与方法的合理性和有效性.     

链轮结构静/动态多目标拓扑优化及敏度分析

为增强链轮结构的静态刚度及有效抑制外界激励的影响,将多目标理论并结合拓扑优化理论引入到链轮结构的设计。依据链轮的真实工况,分别对其进行静态刚度和动态固有频率最大化的优化设计。基于折衷规划法定义静态刚度和动态固有频率的多目标函数,并以体积分数为约束条件构建链轮结构的SIMP拓扑优化模型,基于OptiStruct的优化准则算法进行多目标优化求解。运用伴随变量法求解多目标函数相对设计变量的灵敏度,为结构整体性能改善及优化提供准确的梯度信息。最后,以链轮多目标优化结果为参考,基于SolidWorks进行二次设计,并对其进行静力学和模态分析用以验证优化前后结果的正确性。该方法对考虑多个目标的工程结构优化设计具有实际意义。     

遗传算法在油气悬架参数优化设计的应用

油气悬架输出特性的主要结构参数对整车平顺性有重要影响,基于此并结合油气悬架结构特点,提出油气悬架设计的目标函数;以该目标函数为基础,建立了多工况下的总体优化目标,根据正交试验的结果选取对整车平顺性影响较大的结构参数作作为设计变量,采用遗传算法优化工具对参数进行优化分析,找出各个设计变量针对总体优化目标的全局最优解,通过整车动力学模型对设计变量的最优解进行验证。研究方法和研究成果,为油气悬架结构参数的选取提供一定的理论指导和依据。     

比例-积分-微分控制算法求解结构拓扑优化问题

拓扑优化具有设计变量多、目标性能与约束条件为设计变量的非线性、非单调隐式函数的特征,计算效率值得商榷.因此探索高效稳定的求解方法是结构拓扑优化的核心问题.提出一种基于PID 控制算法的拓扑优化求解方法,采用固体各向同性微结构材料惩罚模型(SIMP)方法建立单工况条件下质量约束条件下结构柔度最小化拓扑优化模型,推导出基于PID 法的设计变量迭代格式,引入基于Helmholtz 偏微分方程的过滤方式抑制出现的数值不稳定问题,并将所提方法扩展到两类多工况结构拓扑优化问题,通过与优化准则法(Optimality criteria,OC)和移动渐近线法(Method of moving asymptotes,MMA)进行数值结果比较可知,PID控制方法具有设置简便、高效求解、收敛稳定且无需梯度信息的优点.     

风电齿轮箱迷宫密封泄漏量分析及结构优化设计

为了分析某风电齿轮箱内迷宫密封各参数对泄漏量的影响,利用数值模拟和构建代理模型对迷宫密封的泄漏行为开展了研究。首先,根据风电齿轮箱三维实体模型构建了其迷宫密封三维流场模型;然后,基于FLUENT软件,通过单一变量法研究了迷宫密封泄漏量随进出口压力比、润滑液动力黏度、高速轴与低速轴的转速和迷宫密封的密封齿间隙的变化规律;最后,构建了径向基神经网络(RBF)代理模型,在该代理模型的基础上,在影响迷宫密封性能的因素中,选取了密封间隙、密封腔体高度和密封腔体宽度三个结构参数作为设计变量,以迷宫密封的最小泄漏量和出口最大速度为优化目标,使用非劣分层遗传算法(NSGA-Ⅱ)获得了最优解。研究结果表明：迷宫密封泄漏量受两个转轴的转速影响很小;泄漏量与进出口压力比、密封间隙成正比,而与润滑油动力黏度成反比;求得最优解对应的参数所对应泄漏量减小了47%,出口最大速度降低了36%,数值模拟与优化理论计算结果一致。该结果可为研究迷宫密封泄漏量的影响特性提供理论依据。     

基于田口法和响应面法的数控铣削工艺参数能效优化方法

为研究机床能量效率与工艺参数耦合的复杂机理,提出一种基于田口法和响应面法的数控铣削工艺参数能效优化方法。分析加工过程中的能耗特性,建立了数控铣削加工能量效率函数。基于田口法规划优化实验,并基于响应面法建立工艺参数与比能和加工时间的回归方程,构建了以铣削加工工艺参数为变量、以高能效和高效率为优化目标的多目标优化模型。使用多目标粒子群优化算法对该模型进行求解,并通过实验数据和算法优化结果分析了加工过程中工艺参数与比能及加工时间的关联关系。     

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。     

电动汽车动力系统参数多目标优化方法

提出一种以电动汽车的综合性能需求为驱动,基于质量功能展开和径向基函数的动力系统参数多目标优化方法。以包含成本、工况能耗和续驶里程等的综合性能最优为目标、以动力系统部件特征参数为设计变量,建立动力系统参数多目标优化的数学模型;基于质量功能展开建立整车性能需求和技术特性指标的耦合模型,确定子目标函数的权重系数;基于Modelica建立整车性能仿真模型并构建工况仿真的径向基函数响应面模型;采用模拟退火算法进行动力系统参数的综合目标优化设计。以某款电动汽车进行实例验证,优化方案的车辆综合性能提升了6%,证明了研究方法的有效性。     

响应面法的温差发电器优化设计

为提高温差发电器的发电效率,同时保证整机轻量化,提出了以发电器结构参数为设计变量,以质量、排气背压和发电片两侧温度差为目标函数的整机多目标优化设计方案。首先利用中心复合设计法、有限元法分别进行设计点的选取与计算。其次利用响应面法构建设计变量与质量、温差、排气背压三个响应量的响应面模型,并进行了灵敏度分析。通过多目标遗传优化算法进行基于响应面模型的多目标优化,优化后温差发电器的发电效率提高了7.3%。最后对优化结果进行了可靠性验证。     

高速湿式离合器低带排转矩参数优化设计

为了降低湿式离合器高速工况下产生的带排转矩,以某履带车辆湿式离合器为研究对象,在传统低速带排转矩模型中引入并计算了等效半径,推导了含径向槽湿式离合器高速工况下的带排转矩计算模型;建立了以离合器3个工况参数、摩擦片5个结构参数为设计变量,以最小带排转矩为优化目标的优化设计模型,基于鲸鱼优化算法（Whale Optimization Algorithm,WOA）对目标函数进行求解,优化后带排转矩减小了35.6%;并利用Simulink建立了目标函数的动态响应模型,对优化结果进行验证。结果表明,所设计优化方法有效,可为湿式离合器的结构设计和参数优化提供参考。     

面向重型数控机床的加工工艺参数优化方法

为提高重型数控机床的加工质量与效率,提出一种基于数值模拟与优化算法相结合的加工工艺参数优化方法。通过为重型数控机床的加工过程所构造的非线性动力学模型,建立加工工艺参数与加工表面粗糙度的映射关系,以加工工艺参数组合为决策变量,以加工表面粗糙度和加工尺寸精度等为目标函数,建立重型数控机床加工工艺参数多目标数学优化模型,并采用网格直接寻优算法对数学优化模型进行寻优求解,最终得到重型数控机床的最优加工工艺参数组合。以某重型数控机床的铣削加工过程为例进行实例验证,并通过对比单目标优化结果验证了该多目标优化方法的优越性。     

面向能耗的纯电动汽车双电机动力系统参数优化匹配

由于动力系统参数匹配会影响纯电动汽车的动力性和经济性,针对新型双电机动力系统提出一种面向能耗的双电机动力系统参数优化匹配方法。基于新欧洲行驶循环工况对双电机动力系统进行参数初步匹配;进而基于工作模式的划分和双电机的动力分配,建立以电机功率、转速、传动比为变量,以比能耗和百公里加速时间为目标的多目标优化模型,并利用多目标粒子群优化算法对优化模型进行求解。优化结果表明,优化后的动力参数能有效提高电动汽车的动力性和经济性。     

基于Kriging模型的斯特林发动机密封腔压力多目标优化

为提高斯特林发动机活塞杆动密封结构的密封性能,减少密封结构的磨损量,以某型斯特林发动机为对象,将其密封腔压力作为优化变量,分别以动密封环的磨损量,密封环与活塞杆的接触应力为响应指标,构建活塞杆密封环的磨损性能和密封性能Kriging模型;以提高密封结构密封性能,降低密封结构磨损量为优化目标,以构建的Kriging模型为目标函数,建立斯特林发动机密封腔压力多目标优化模型。使用NSGA-Ⅱ算法对密封腔压力值进行多目标寻优,得到斯特林发动机密封腔压力的优化值为6.95 MPa。利用斯特林活塞杆密封性能试验平台进行试验,结果表明:优化的密封腔压力在保证活塞杆密封结构密封性能的同时,能够有效减少密封环的磨损量。     

并联机构敏感性分析和多目标优化设计方法

为了解决并联机构全局性能指标高计算成本引起的敏感性分析和多目标优化设计困难,提出了一种结合多项式响应面模型、基于方差的敏感性分析方法和智能优化算法的高效计算方法。首先,确定并联机构的目标函数和设计参数,增加节点密度以提高目标函数的计算精度,基于拉丁超立方体抽样方法和最小二乘多项式拟合技术建立全局目标函数与设计参数之间的响应面解析映射模型,并结合基于方差的Sobol’敏感性分析方法得到对目标函数有重要影响的设计参数。然后,结合敏感性分析结果简化设计参数并建立并联机构的多目标优化设计模型,包括目标函数、约束函数和设计参数,结合响应面模型与智能优化算法开展并联机构多目标优化设计。最后,考虑规则工作空间体积、运动学性能和动力学性能指标为目标函数,以DELTA并联机构为例实现了本文提出的方法。优化前后的结果对比证明了算法的有效性。     

基于粒子群算法的螺旋输送机多目标优化设计

以螺旋输送机的重量最小和输送效率最大作为数学模型的2个目标函数,螺旋体的结构参数为设计变量,建立了螺旋输送机的多目标优化模型,并用粒子群算法编程求解数学模型。求解优化结果表明,螺旋输送机的重量减少8.2%,输送效率提高4.5%,对螺旋输送机的优化设计具有一定的指导意义。     

考虑分布参数不确定的换热器封头结构优化研究

针对换热器封头的性能设计问题,对封头结构变量不确定性分析、Kriging近似模型构建、结构变量优化设计等方面进行了研究,提出了一种考虑分布参数不确定的换热器封头结构优化设计方法。基于对封头结构变量的不确定性来源的分析,建立了结构变量及其分布参数不确定性的表达函数;基于预测区间准则和遗传算法,构建了封头结构变量与流动不均匀度的自适应Kriging近似模型;建立了换热器封头结构优化设计函数,在Isight中实现了以流动不均匀度最低为目标的封头结构变量优化设计,获取了最佳封头结构尺寸。研究结果表明:优化后的封头结构的内部流动更均匀,降低了出口速度的不均匀度,提高了换热效率。     

多工况载荷下连续体结构柔顺度拓扑优化问题的新的求解方法

针对以多工况载荷下结构柔顺度最小为目标函数,结构体积为约束条件的优化问题,提出了一种新的拓扑优化求解方法。首先,参考限界公式法,通过一个限界变量将原多个目标函数转化为约束条件,引入一个新的该限界变量的二次函数作为目标函数。同时,结合变体积约束限技术,建立新的近似拓扑优化模型。然后,基于有理近似材料模型和移动渐进线方法,给出了目标函数和约束函数及其导数的显式近似式。利用光滑化对偶算法,构建了具有收敛性的多工况载荷下连续体结构的柔顺度拓扑优化算法。给出的算例结果表明,与现有方法比,该方法可获得更优解或可高效地获得相同的优化解。且所提方法可稳健地获得清晰0/1分布的优化结构拓扑。