基于多目标非耦合优化策略的可靠性稳健优化设计

以实现多目标问题的可靠性稳健优化设计为目标,通过对目标函数和约束条件进行灵敏度分析,生成目标函数和约束函数的灵敏度附加项,建立了基于灵敏度附加目标函数的可靠性稳健优化设计模型;基于独立公理,使用正交试验和方差分析技术确定设计变量对各个设计目标的影响程度,将设计参数按无耦合或准耦合设计形式分组,把多目标优化问题单目标化,避免多个设计目标之间的反复权衡;结合增广乘子法,应用MATLAB的优化和符号工具箱来实现钳形盘式制动器的可靠性稳健优化设计。算例表明,提出的稳健设计方法具有较高的精度和可靠度。     

基于灵敏度附加目标函数的可靠性稳健优化设计

以实现多约束非线性优化问题的可靠性稳健优化设计为目标,在应用可靠性随机摄动技术建立多失效模式下机械零部件可靠度约束函数的基础上,构建了可靠性优化设计数学模型;通过对其目标函数和约束条件进行灵敏度分析,生成目标函数和约束函数的灵敏度附加项,提出了两种基于灵敏度附加目标函数的可靠性稳健优化设计模型;应用Matlab语言的优化和符号工具箱来实现新型旋转式立体车库载车台主梁结构的可靠性稳健优化设计。算例表明,提出的可靠性稳健优化设计方法具有较高的精度和可靠度,为机械零件的可靠性设计提供了理论依据。     

基于灵敏度附加目标函数的可靠性稳健优化设计

以实现多约束非线性优化问题的可靠性稳健优化设计为目标,在应用可靠性随机摄动技术建立多失效模式下机械零部件可靠度约束函数的基础上,构建了可靠性优化设计数学模型;通过对其目标函数和约束条件进行灵敏度分析,生成目标函数和约束函数的灵敏度附加项,提出了两种基于灵敏度附加目标函数的可靠性稳健优化设计模型;应用Matlab语言的优化和符号工具箱来实现新型旋转式立体车库载车台主梁结构的可靠性稳健优化设计。算例表明,提出的可靠性稳健优化设计方法具有较高的精度和可靠度,为机械零件的可靠性设计提供了理论依据。     

车辆转向机构运动精度的可靠性稳健优化设计

在车辆转向机构设计中,考虑了可控因素和噪声因素对运动精度的影响,将可靠性优化和稳健设计方法相结合,以转向机构运动精度为目标函数建立转向机构的可靠性稳健优化数学模型.把运动精度的可靠性灵敏度溶入可靠性优化设计模型之中,将可靠性稳健优化设计转化为满足可靠性要求的多目标优化问题.实例计算表明,考虑制造误差、运动副间隙等不确定因素的影响,可靠性稳健优化设计方法能有效保证转向机构的运动精度和可靠性.     

基于支持向量机的多目标模糊稳健优化设计

为了提高模糊稳健优化设计的计算效率,探讨了基于支持向量机回归机(SVR)的多目标模糊稳健设计方法,该方法以SVR作为非线性约束函数的替代模型,并采用SVR对模糊概率进行仿真计算,可显著降低模糊稳健优化设计的机时消耗;采用字典序优先级的目标规划法,建立了多目标稳健优化设计模型;把SVR与遗传算法相结合,构建了一种混合智能优化算法;通过多目标稳健设计实例,对所提出的方法进行了验证。     

基于物理规划与遗传算法转向系统优化设计

转向系统直接影响汽车的操纵稳定性、运行的安全性和车轮的使用寿命,针对工程车辆转向系统进行多目标优化建模分析。以满载低速转向时转角偏差、空载高速转向时转角偏差、满载与空载的车轮跳动时轮胎滑移量及车轮摆角摆动误差为目标,建立转向系统多目标函数;应用物理规划法对所建立数学模型各优化目标进行偏好等级函数构造,确定其满意度区间,从而建立转向系统的物理规划优化设计模型;通过对遗传算法适应度函数施加约束惩罚,用其求解规划模型,从而获得转向系统满意的优化解集合。应用Trucksim对优化分析结果进行对比,获得车辆转向系统优化的最优解。     

基于偏好函数法车辆转向机构稳健性设计

经典稳健设计未考虑质量属性不确定性的影响,而对比质量属性偏好的选择对产品稳健性具有重要影响,针对以上问题,选取车辆的转向横拉杆、定位参数及转向梯形机构为研究对象,采用偏好函数法建立的保质设计模型,对产品的稳健性进行分析。以实际的设计经验公式设定个体性能的偏好,选取不同工况包括直线、转向、车轮跳动等轮距、转角误差、车轮摆角等最小为优化设计的目标,搭建定位参数-转向机构的稳健设计模型,在保证车辆轮胎磨损较小且具有良好操纵稳定性的前提下,分析各类不确定质量因素对产品稳健性能的影响。单目标与多目标、不同分析方法结果对比验证了偏好函数法分析结果的可靠性,为同类研究提供参考。     

基于改进遗传算法的稳健可靠性优化设计

针对单目标多约束非线性优化问题的稳健可靠性优化设计,使用摄动随机有限元法进行可靠性设计,并对优化问题的目标函数和约束函数进行灵敏度分析,产生灵敏度附加项,建立稳健可靠性优化设计模型。为了提高求解效率,提出一种改进遗传算法,并应用于梁结构的稳健可靠性优化设计模型求解中,实例说明该方法的可行性与实用性。     

基于自适应代理模型的翼型气动隐身多目标优化*

针对翼型气动隐身多目标优化设计存在的计算量大与权重难以选取的问题,提出基于自适应径向基函数代理模型与物理规划的高效多目标优化策略(Multi-objective optimization strategy using adaptive radial basis function and physical programming, ARBF-PP)。利用物理规划法通过非线性加权的方式将多目标优化问题转化为直接反映设计偏好的单目标优化问题,然后分别对综合偏好函数和约束条件构造径向基函数代理模型,采用增广Lagrange乘子法处理约束,并用遗传算法(Genetic algorithm, GA)进行求解。优化迭代过程中,在当前可能最优解附近增加样本点,更新代理模型,提高代理模型在最优解附近的近似精度,引导搜索过程快速收敛。使用数值多目标优化算例与翼型气动隐身多目标优化实例验证了本文所提出优化策略的有效性。翼型气动隐身多目标优化结果表明：相比于初始翼型,优化翼型的升阻比提高了34.28%,重点方位角的雷达散射截面(Radar cross section, RCS)均值减小了24.19%。此外,在相同样本规模的情况下,本文方法所得最优翼型的气动隐身性能比静态径向基函数代理模型方法的优化结果分别提高了11%与25.6%;与遗传算法相比,本文方法所需的分析模型调用次数(Number of evaluation function, Nfe)降低了93.5%。     

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。     

基于多权值优化代理模型的撒砂装置稳健可靠性设计

为合理衡量不确定性因素对撒砂装置最大应力的影响,提升其稳健可靠性水平,文中提出了基于多权值优化代理模型的稳健可靠性设计方法。首先,构建撒砂装置有限元模型并计算其最大应力响应;其次,提取不确定性因素并编制参数化分析文件,进而依据试验设计结果,初步构建不确定性因素与最大应力的代理模型,采用遗传算法对代理模型中传递及加权系数进行优化,提升代理模型对最大应力响应预测结果的合理性;最后,基于稳健可靠性设计思想,建立撒砂装置稳健可靠性优化设计模型,并通过对比分析验证所提方法的有效性。结果表明：多权值优化代理模型最大应力决定系数提升至0.991 8;经稳健可靠性设计得到的撒砂装置最大应力波动标准差减小至1.46 MPa,可为其他工程结构稳健可靠性的设计提供一定参考。     

基于物理规划的起重机主梁稳健优化设计

在机械优化设计中考虑载荷等不确定性因素的影响,用凸集模型描述设计中存在的不确定性,采用物理规划的方法构造不确定性参数的不满意度函数,通过极小化不满意度函数最差值的方法来实现目标函数的稳健性,通过最坏情况分析方法来实现约束函数的稳健性,使目标函数和约束函数都能实现稳健性。建立基于物理规划的稳健可靠性优化模型,这种模型是一种嵌套的优化模型,采用分层方法对其求解。以起重机主梁优化设计为例说明这种模型的合理性。     

基于可靠性稳健优化设计材料选择

针对工程实际中零部件设计时的选材方法不固定,理论不完善等问题,提出了一种将预选材料的强度作为选材设计变量,以稳健优化设计为选材原则的新方法。基于可靠性四阶矩理论和灵敏度分析,建立目标对象的可靠性稳健优化模型,并利用数学计算软件MATLAB优化工具箱提供的fmincon函数对有约束优化问题进行求解,最终得出零部件可靠性保持在0.9999的情况下,稳健性得到增强的要求中给出最适合的设计材料。随后通过一个实例验证了本方法的可行性和有效性。     

基于均值1阶Esscher近似的可靠性稳健设计

将均值1阶Esscher近似可靠性分析方法、灵敏度分析技术及稳健设计方法相结合,提出了一种新的可靠性稳健设计方法,即基于均值1阶Esscher近似可靠性的稳健优化设计。可靠性稳健设计方法将质量和灵敏度作为目标,可靠度作为约束,最终归结为一个多目标优化问题。均值1阶Esscher近似可靠性方法适用于基本随机变量是正态或非正态、连续或独立的失效概率的计算,但要求这些随机变量相互独立,有矩母函数,并且极限状态函数具有显示表达式。因此,提出的可靠性稳健设计方法对于含非正态变量的稳健优化设计问题具有较高的计算精度。     

基于人工免疫改进算法的稳健产品平台模块划分

针对产品平台设计中的产品模块划分问题,引入稳健设计思想,指出稳健产品平台模块划分就是使产品平台模块划分结果对不可控的客户需求变化不敏感。基于零部件关联度矩阵和表征客户偏好的功能贡献度矩阵,构建了稳健产品平台设计中的准则函数和噪声函数。通过疫苗接种策略改进传统人工免疫算法,对模块划分问题进行多目标优化求解。以多目标优化问题中的非支配解为疫苗,依照二进制基因位选取机制对子代注入疫苗,从而提高子代获得优良基因的概率。该方法在某型号动车组车厢产品模块划分中进行应用,并与几种传统的多目标优化算法进行比较,结果验证了方法的有效性和优越性。     

任意分布参数的车辆半轴的可靠性稳健设计

组合随机摄动法、四阶矩技术、可靠性优化设计、可靠性灵敏度与稳健设计等理论方法,提出了车辆半轴的可靠性稳健设计方法,将可靠性灵敏度作为目标函数之一体现在可靠性优化设计模型之中,将可靠性稳健设计归结为满足可靠性要求、重量最轻和敏感性最低的多目标优化设计问题。在基本随机参数的前四阶矩已知的情况下,可以实现基本随机参数为任意分布参数的车辆半轴的可靠性稳健设计。数值算例表明该方法是一种有效实用的设计方法。     

基于偏好函数的汽车底盘集成设计

在汽车底盘稳健设计方法中,一般只考虑了设计制造、汽车使用过程中的随机不确定因素对其运动轨迹的影响,很少考虑质量属性不确定因素导致的运动轨迹偏差。为了降低质量属性不确定因素导致的运动偏差,提高汽车转向系统、悬架系统、制动系统的协调运动关系,建立了基于偏好函数方法的汽车底盘集成设计模型。在设计过程中利用偏好函数定义质量属性不确定因素的个体性能偏好,并以个体性能偏好函数为基础,建立了整体性能偏好函数,以整体性能偏好函数的均值和方差为优化目标,求解了汽车底盘模型的稳健优化解。结果表明,该方法不仅保证了汽车底盘的综合动力学性能,同时提高了汽车底盘相关系统对设计变量个体性能偏好的要求。     

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。     

基于物理规划的变幅机构水平位移补偿系统的多目标优化设计

综合考虑补偿滑轮组变幅机构载重水平轨迹落差和不平衡力矩多目标问题,引入物理规划法,该方法是一种高效的多目标优化设计方法,考虑到了设计者的偏好和满意度,建立了基于物理规划的补偿滑轮组变幅机构优化模型,克服了传统补偿滑轮组基于单目标优化选取的不足。实例分析表明,该方法不仅可提高设计质量,而且更能反映设计者和用户的需求,可为补偿滑轮组变幅机构及其他机构产品的设计提供一种新的途径。     

整体法兰的可靠性稳健优化设计

将可靠性优化设计理论、可靠性灵敏度分析技术与稳健设计方法相结合，讨论整体法兰的可靠性稳健优化设计问题，提出可靠性稳健优化设计的计算方法。把可靠性灵敏度溶入可靠性优化设计模型之中，将可靠性稳健优化设计归结为满足可靠性要求的多目标优化问题。数值算例表明所提出的数值计算方法是一种非常方便和实用的可靠性稳健优化设计方法。