结构优化设计理论与方法研究进展

阐述了工程结构优化设计理论从最初的截面优化发展到形状优化、拓扑优化的基本历程及其相关特点,对优化设计选用的各种算法进行归类,简要叙述了它们的应用范围及相应的优缺点.     

桥式起重机主梁的优化设计与可靠性分析

在有限元分析软件ANSYS中建立桥式起重机主梁模型,进行了静强度和刚度分析;在此基础上,对桥式起重机主梁结构进行优化设计;采用对数正态分布模拟起重载荷,对优化后的结构进行了可靠性分析,最后应用MATLAB编程计算可靠度,研究表明:优化后的桥式起重机主梁结构强度和刚度满足使用要求,但其刚度可靠度存在一定不足,需考虑进行可靠性的优化设计;此外,由各随机因素对主梁极限状态函数的灵敏度可知,适当增加主梁上下翼板厚度,可有效提高桥式起重机主梁的可靠度。     

圆管带式输送机桁架结构有限元仿真与数值计算

针对圆管带式输送机桁架结构特点,提出一种基于数学模型的简化计算方法和有限元仿真分析的协同计算分析方法。通过综合运用节点法和截面法,推导得到桁架结构中各杆件内力的简化计算公式并进行了静力学计算。在此基础上,建立了基于有限元软件ANSYS Workbench的桁架结构模型并进行了数值计算分析,得到了桁架结构在一定载荷下的轴力和位移大小。结果表明,简化计算结果和有限元软件计算结果基本一致,桁架结构强度符合生产要求。简化计算方法和有限元数值分析的协同使用可使桁架结构的设计工作更为高效可靠。     

结构优化设计理论与方法研究进展

阐述了工程结构优化设计理论从最初的截面优化发展到形状优化、拓扑优化的基本历程及其相关特点，对优化设计选用的各种算法进行归类，简要叙述了它们的应用范围及相应的优缺点。     

矿区地形三维建模研究

在矿床建模中,为给岩性建模及品位建模提供边界检测,区分空气块和实体块,必须精确建立矿区地形模型.针对传统地形建模插值算法不能如实反映地表真实自然形态的缺陷.论文引入了基于分形雏数的表面插值算法--改进的中点移位法,对于某矿山原始采样数据进行了细分内插计算.利用矩形网格法绘制了该矿山地形等值线,并建立了该矿区的地形三维模型.结果表明:改进的中点移位法,提高了细分过程的平稳性,使整体形状容易控制;采用矩形网格法绘制地形等值线,其算法简单,容易实现,效果较好.     

盾构机三级行星齿轮减速器可靠性优化设计

盾构机减速器是盾构机挖掘系统的重要传动部件。基于可靠性优化设计理论,分别建立了以减速器体积最小化为目标的可靠性优化设计概率模型,运用MatLab优化工具箱分别对传动比分配和齿轮参数进行了优化计算。通过合理分配减速器系统各单元可靠度值,不仅取得了减速器的重量指标上最优的结果,而且也定量地分析了减速器及其各部件在运行中的可靠性。     

自适应遗传算法在桁架截面优化设计中的应用

针对基本简单遗传算法中的交叉、变异概率均是恒定不变的参数的局限性,提出了可变概率的交叉、变异算子的针对离散变量结构优化设计的自适应遗传算法。以平面和空间桁架为算例,并将计算结果与其他算法所得结果进行比较,结果表明,这种算法对离散变量的桁架截面优化设计是有效可行的。     

桥式起重机主梁的可靠性优化设计研究

在有限元分析软件ANSYS中建立桥式起重机主梁的模型,进行了静强度和刚度分析;在此基础上,对桥式起重机主梁结构进行确定性的优化设计;采用对数正态分布来模拟起重载荷,对优化后的结构进行了可靠性分析。最后建立了桥式起重机主梁的可靠性优化模型,应用MATLAB优化工具箱进行了编程计算,结果对比表明:确定性优化设计未能考虑参数随机性的影响,而采用可靠性优化设计方法,保证刚度可靠度达0.989 6时,主梁减重比例为18.7%,从而实现了主梁在满足可靠度要求下的轻量化。     

四关节型混联机构辅助平行四边形参数优化

针对四关节型混联机构辅助平行四边形参数优化设计过程中,传统算法无法求解设计变量和目标函数之间的离散、复杂映射问题,提出了MATLAB遗传算法和GA算法相结合的求解方法。应用DH参数法建立机器人各杆件的连杆坐标系,并确定各连杆坐标系的D-H参数,进而构建机器人工作空间的目标函数。研究结果表明,设计变量取优化值无论在定性上还是定量上比取初始值所得的工作空间大。该方法利用机器人工作空间的形状特征对其进行分割和离散积分,对于开发设计其他类型机器人结构具有参考价值。     

行星减速器的离散变量多目标优化设计

针对行星减速器的多目标优化设计,运用层析分析法确定分目标函数的权重系数,克服了权重系数选取的主观性和不确定性。针对设计变量为离散变量,采用基于改进粒子群算法的离散变量处理策略对优化设计模型进行求解。通过具体实例计算,得到的优化设计参数比原设计参数更加合理,证明了该方法在行星减速器多目标优化中的可行性和合理性。     

基于MATLAB的齿轮传动最优化设计

依据齿轮啮合的工作特性,基于MATLAB平台,针对齿轮传动结构的紧凑性、承载能力及使用寿命的设计目标建立了边界约束条件和数学优化模型,提出利用MATLAB遗传算法及优化工具箱解决齿轮参数优化的方法。经实例验证该方法可靠性好、效率高,与传统的设计方法相比优势明显。     

基于ANSYS分析的三杆桁架优化设计

在对工程上常用的三杆桁架结构的设计中,利用大型有限元分析软件ANSYS6.1对该结构进行了优化分析,得到了最合理的结构形式和尺寸,在满足工程要求的情况下,节省了大量的工程材料。     

基于NSGA-Ⅱ算法任意分布参数刨链啮合运动精度可靠性稳健设计

将可靠性优化设计理论、可靠性灵敏度技术和稳健设计方法相结合,讨论了具有任意分布参数的刨煤机刨链与链轮运动精度可靠性稳健设计问题,提出了可靠性稳健设计的数值计算方法,在基本随机参数的前四阶矩已知的情况下,采用NSGA-Ⅱ算法编制计算机程序实现刨链啮合运动精度可靠性稳健优化设计,基于所建立的刨链啮合运动模型,给出运动机构的稳健优化设计实例,验证该方法能够准确得到刨链啮合运动机构的设计信息。     

基于非概率模型的稳健可靠性优化设计方法及应用

针对具有不确定性的可靠性优化设计问题,基于非概率可靠性理论,结合稳健设计方法,提出了基于非概率模型的稳健可靠性优化设计方法。该方法只需知道不确定参数的边界,无需知道其概率分布形式。构造了2层优化数学模型,顶层优化问题是原有稳健优化的数学模型,只是添加了一个非概率可靠性指标约束,底层优化问题仅仅是用来确定可靠性指标的值。旨在使机械零部件在满足可靠性要求的前提下,其目标函数和稳健性达到协调最优。最后讨论了楔块式单向超越离合器的稳健可靠性优化设计问题。     

基于改进粒子群算法的双闭环直流电动机调速研究

针对现行PID控制器参数整定与优化的缺陷,通过将一种改进的粒子群优化算法(PSO)应用于双闭环直流调速系统,实现直流电动机调速及PID控制器参数在线优化。采用系统的阶跃响应等对改进PSO算法的优化结果进行对比分析,表明改进的PSO算法比传统工程设计法能获得更好的动态性能指标,以及更快的跟随性与鲁棒性,为PID参数优化提供了一个综合性能较好的实用方法。     

矿井防尘管网多目标优化研究

为解决多水源矿井防尘供水管网优化设计问题,定义节点富余水头和管网恢复力评价管网的可靠性,建立基于经济性和可靠性考虑的多目标防尘管网优化数学模型,应用改进遗传算法求解模型。以开滦集团赵各庄矿防尘管网系统为例,根据最高时和平均时多工况用水量进行管网优化设计,验证该方法的有效性。     

基于有限元建模和组合优化策略的复杂结构优化设计

提出了一种对复杂机械结构进行优化设计的方法。该方法将正交试验法和遗传算法有机结合,在参数化有限元建模的基础上实现对机械结构的优化设计。实验证明,该方法具有较高的可行性。     

基于非概率模型压杆稳定的可靠性优化设计

在非概率可靠性理论和优化设计方法基础上,考虑压杆稳定设计中材料弹性模量和所受载荷具有的区间不确定性,讨论了压杆稳定可靠性优化设计问题,提出了压杆稳定的非概率可靠性优化设计方法。算例及其结果表明模型和方法具有一定的理论意义和实用价值。     

高功率密度齿轮箱优化设计

针对齿轮箱设计的特点,将齿轮箱优化设计分为传动系统优化和结构优化。传动系统优化是采用以经验数据为基础传统优化或以动力学分析为基础的动力学优化方法获得最优的传动系统参数。结构优化采用三维结构优化设计和拓扑优化方法进行齿轮箱的最优结构。结构优化时,先采用三维结构优化完成结构设计,再利用ANSYS拓扑优化对箱体等主要零件进行拓扑优化。