柱状耐压结构参数化分析与多目标优化研究

为提高柱状耐压结构设计效率与性能,确定了强度及稳定性分析方法,对于初始方案进行了分析.利用Python语言针对Abaqus软件进行了二次开发,利用iSight软件对于Abaqus进行了集成,设计了耐压结构参数化分析流程,可实现柱状耐压结构的自动建模与分析.利用最优拉丁超立方方法进行了样本点的选取,对于设计变量进行了灵敏度分析,拟合精度对比表明响应面模型的精度最高,得到了基于四阶响应面的柱状耐压结构近似模型.建立了柱状耐压结构多目标优化模型,利用第二代非支配排序遗传算法进行了求解,结果表明优化方案在重量降低的同时,极限强度得到了大幅度提升,提高了柱状耐压结构性能.     

基于Kriging函数的序贯近似建模方法

多学科设计优化过程中需要多次调用高精度学科分析模型,从而造成计算复杂性问题.为解决上述计算复杂性问题,首先提出基于最优LHD的逆序贯试验设计方法,在此基础上结合模型验证,建立了基于Kriging函数的序贯近似建模方法,提出了序贯近似建模收敛准则,通过权衡训练样本数据数量和近似精度,得到精度与效率折衷的近似模型.数学算例证明了该方法的有效性.     

基于近似模型的车轮定位参数优化设计研究

为改善某车型前悬架优化设计中其运动学特性,解决前轮胎磨损较严重问题,提出一种基于近似模型应用改进响应面法对车轮定位参数进行优化设计。首先,应用ADAMS/Car软件建立了麦弗逊式前悬架仿真分析模型,并在ADAMS/Insight中对悬架部分设计硬点参数进行灵敏度分析。然后,针对灵敏度大的设计参数建立车轮定位参数在跳动过程中最大变化量的二阶响应面近似数学模型,并利用Matlab编程对拟合出的近似模型优化求解与可靠性分析。最后,将优化后车轮定位参数最优值代入悬架模型中,在ADAMS/Car中再次进行轮跳仿真试验,对比应用传统响应面优化方法优化悬架前后试验结果表明,该优化设计方法具有较好的优化效果。     

高超声速飞行器多学科优化建模方法

为建立高超声速飞行器多学科设计优化软件系统,研究了一种面向多学科设计优化的建模方法.通过分析系统分解带来的学科设计冲突,建立了两种多学科连续性条件.据此连续性条件,结合现有飞行器设计流程,提出了一套建立多学科设计优化模型的方法,包括系统分析模型和系统优化模型.针对高超声速飞行器方案设计,研究了包含弹道/控制、气动、超燃冲压发动机、结构、热保护系统等五个学科的多学科设计优化问题.采用所研究的多学科设计优化建模方法,构造了系统级模型,并在框架软件中按照此模型集成各学科软件,建立了高超声速飞行器多学科设计优化软件系统.     

前悬架硬点优化设计

针对前悬架性能的优化问题,提出一种基于近似模型并用响应面法和改进NSGA-Ⅱ遗传算法相结合的方法对前悬架进行优化设计。利用ADAMS/Car建立双叉臂前悬架动力学仿真分析模型,在Insight中对悬架的硬点参数进行灵敏度分析,选择出灵敏度大的设计参数,并建立响应面近似模型,运用改进NSGA-Ⅱ算法对悬架进行硬点优化设计。结果表明,优化后的前轮定位参数在车轮跳动过程中的变化量明显减小,悬架的性能得到很好的提高,该设计方法实现了悬架硬点的优化,为悬架的优化设计提供了依据。     

基于近似的涡轮冷却叶片外形多学科设计优化

研究多学科耦合作用下的复杂结构快速设计优化技术,解决了涡轮冷却叶片设计优化的高设计成本和数值噪声问题.函数解析与特征造型方法结合造型软件二次开发技术,实现了涡轮冷却叶片几何模型参数化及自动造型;流热耦合分析方法得到准确的气动与传热结果,通过保持与流热耦合分析模型网格节点的一致,将温度、压力等载荷信息精确传递到振动和强度分析模型;根据强度分析结果,采用经验公式方法预测叶片蠕变寿命,实现涡轮冷却叶片的多学科分析.以涡轮叶片叶尖和叶根两个外形截面18个设计参数为变量;优化拉丁超立方方法采样建立样本空间,利用Kriging函数构造快速分析模型;以叶身温度、总压损失和重量最小为优化目标,以共振裕度、应力、寿命和最大变形量为约束,建立高维、非线性设计空间下复杂涡轮冷却叶片涉及气动、传热、强度、振动和寿命等多个学科的多目标设计优化系统,最终实现叶片外形的设计优化,提高叶片的综合性能.     

造型设计阶段汽车气动特性优化

考虑到在汽车工程设计阶段优化气动性能的复杂性,本文选择在造型设计阶段对其进行气动性能优化。首先以整车模型中面云图验证二维纵向对称面模型CFD仿真分析的有效性,建立车身纵向对称面参数化模型。然后选取对仿真结果影响显著的结构参数作为设计变量,通过CFD计算得出单个变量以及耦合变量对轿车气动特性的影响规律,利用基于薄板样条插值函数的高维模型构建设计变量与目标函数之间的近似模型。最后,基于近似模型进行多目标优化,并依此建立造型设计阶段轿车气动特性优化参考数据库。     

基于区间模型的机械结构多学科稳健优化设计

考虑设计变量和设计参数的不确定性,提出基于区间模型的机械结构二阶段多学科稳健优化设计方法。第一阶段分析多学科不确定优化三层嵌套循环的优化架构,结合机械结构设计中不确定设计参数的特点,考虑区间扩张,将多学科不确定优化的三层嵌套循环优化架构简化为两层嵌套循环优化架构;第二阶段采用最近值法将连续型变量离散化,得到带有公差的离散型结构尺寸优化结果。工程实例表明,提出的方法有较强的可行性与有效性,具有一定工程实用价值。     

特大型镶嵌式自润滑轴承结构的优化设计

针对某重点工程的具体设计要求,分析了采用传统回转轴承的缺点,提出了一种镶嵌式自润滑轴承方案,并进行了具体结构设计.基于ANSYS Workbench软件的优化设计功能,建立参数化近似轴承模型,对轴承结构进行了优化设计.根据镶嵌式轴承的具体结构,建立自润滑材料镶嵌块结构以及分布的优化数学模型,并运用Matlab进行求解,使目标函数达到最优.然后对优化结果进行处理,确定最终结构尺寸.最后通过抽样计算验证了近似模型优化方法的可行性.     

基于多学科设计优化技术的导弹方案设计

多学科设计优化技术当前主要作为传统设计过程的补充,存在较大的局限性.为此,在导弹方案设计全过程引入了多学科并行设计思想,建立了包含两阶段的多学科设计优化流程,在多学科设计阶段形成基准方案,在多学科优化阶段完成基准方案的可行化与最佳化.建立了支持两个设计阶段的五种模型,并分析了基于这些模型描述多学科设计和多学科优化问题的方法.根据所研究的设计流程和建模方法,提出了建立四层体系结构的总体设计软件框架的思想.最后,在Visual C++开发环境下,开发了面向导弹总体设计的多学科设计优化原型系统.     

一种基于协同近似的多学科设计优化方法

为避免求解复杂工程系统多学科设计优化问题时需要反复调用复杂耗时的多学科分析和进行繁琐的灵敏度计算,提出了一种基于协同近似（CMSO）的多学科设计优化方法。首先通过一种协同模型来筛选出更能反映多学科问题本身属性的样本点,通过协同模型来保证系统的多学科一致性;然后通过这些样本点分别构建自适应代理模型,并进行代理模型的验证和确认;最后选择最佳的代理模型来构建多学科优化模型并使用序列二次规划法进行优化求解。通过一个数学算例和圆柱螺旋压缩弹簧设计案例验证了CMSO法的可行性和有效性,且与单学科可行法的比较结果表明了CMSO法的高效性。     

考虑结构非线性特征的参数化形状优化方法

提出并实现一种将参数化设计技术应用于考虑结构非线性特征的形状优化设计领域的新方法。参数化设计技术是近年来发展起来的新一代CAD软件平台的核心技术之一。文中基于三维参数化CAD平台，将参数化设计技术、有限元建模技术与有限元分析优化系统集成为参数化的形状优化系统；引入非线性分析技术，以解决工程上大量存在的非线性形状优化问题。该方法克服了以往形状优化方法应用于三维实体结构时所面临的几何形状描述、约束与驱动的困难，为机械产品三维结构优化设计提供一个新途径。     

拓扑及参数优化方法在专用汽车车架结构设计中的应用

提出了将拓扑优化理论和结构参数优化方法综合应用于集装箱半挂车车架结构设计中的设计思想。在结构设计的开始阶段引入拓扑优化理论．先对结构进行布局优化,以获得较合理的初始结构方案,再通过结构参数优化设计,得到满足其强度和刚度及设计工艺要求的最优结构。探讨了拓扑优化设计过程中,基本结构建立、优化过程控制及优化结果分析与应用等问题。在ANSYS软件平台上进行了CAE软件包的二次开发．设计了集装箱半挂车车架优化设计专用软件模块。     

某火炮协调器多学科一体化设计优化

为了解决传统火炮优化设计中单学科建模分析的不足,采用多学科一体化设计优化方法对某火炮协调器系统进行了研究。通过对电气控制、液压、机械三个学科及学科间耦合关系的分析,建立了协调器结构控制一体化分析模型,结合多目标进化算法,对建立的一体化分析模型进行了设计优化研究。与原设计相比,优化后的设计使系统拥有更优的综合性能。     

基于ANSYS的电气柜体强度与模态分析

采用大型通用有限元软件ANSYS建立了某机车电气柜体及其过渡梁的有限元模型,根据有限元法对其进行了静强度分析,得到了整体结构的变形及应力分布.然后采用Block Lanczos法对该电气柜体及其过渡梁进行了模态分析,得到了其低阶固有频率及其相应的振型和振型动画,找出了结构振动薄弱部位,并对其进行了优化.这为结构优化设计以及深入的动力学分析和疲劳分析提供了依据.     

多臂节机械臂架系统连杆组参数化建模及优化设计

针对多臂节机械臂架系统连杆计算效率不高,优化设计手段保守的问题,以混凝土泵车臂架作为典型工程装备部件,将臂节之间的油缸及连杆作为整体考虑成连杆组,利用ANSYS APDL语言对连杆组进行参数化建模,并在多工况下进行优化分析,得到连杆组的最优结构模型;通过结构应力试验,验证了计算方法的可行性。结果表明,参数化建模及优化设计的方法大大提高了连杆的计算效率,为多臂节机械臂架系统连杆的设计提供了一种可行且有效的方法,也为其他具有类似结构的产品设计提供了重要参考。     

一种偶极子天线结构强度仿真及优化设计

为了解决双极化偶极子天线结构的振动安全性问题,文中采用力学仿真和试验的方法对其进行了研究。首先,根据电气数模以及项目的要求对天线进行详细结构设计,在满足电气指标、质量、质心和外形尺寸等要求的情况下对天线结构进行强度仿真,结果显示馈电片及其与内导体焊接处的强度存在风险,有断裂的可能;然后,对模型进行结构优化设计,同时进行力学仿真分析,校核天线的结构强度,使其满足振动条件的要求;最后,通过振动试验验证这种强度仿真及优化设计的可行性。文中的研究思路和方法可为该类偶极子天线的结构设计提供参考。     

基于虚拟样机的固定机构优化设计研究

为提高导弹运输装备的安全性,以某型火箭弹储运箱的固定机构为例进行优化设计。利用三维CAD软件SoildWorks创建固定机构虚拟样机,将模型的几何数据导入ADAMS中进行动力学仿真,获取初始最大夹紧力。利用ADAMS构建固定机构参数化模型,对模型各部件的参数进行计算与分析,找出对夹紧力具有突出影响的设计变量进行优化设计,获取改进后的最大夹紧力,通过比较最终得出优化设计方案。该研究可为其他复杂多刚体动力学系统的优化设计提供参考。     

基于元结构的机床结构可适应优化设计方法

提出了一种基于元结构的数控机床结构优化设计方法。按照结构的功能要求和工艺过程对被优化结构进行分解,最终分解为若干元结构,对元结构进行组合获得结构的修改方案集;利用CAD或CAE软件提供的二次开发语言构建修改方案集的参数化的一般模型。根据可适应设计原则建立结构性能指标的综合评价函数,并将其作为优化目标进行求解。最后通过内齿轮铣齿机床立柱优化设计实例验证了该方法的有效性。     

基于赫兹理论的计算机直接制版设备辊筒模态分析

推导赫兹接触非线性理论，建立弹性接触问题的平衡方程和变形协调方程。基于SolidWorks对辊筒和轴承的装配体进行三维参数化设计，然后通过特殊接口导入ANSYS中。采用有限元法，并利用AnsysWorkbench 对印前设备辊筒进行模态分析，研究其接触力学特性。计算得出辊筒的前6阶固有频率和相关振型，为辊筒的优化设计和轴承选型提供了理论依据。