基于高维模型的矿用自卸车驾驶室非线性优化

采用非线性有限元分析方法,对安全驾驶室翻车保护装置的强度进行了分析。选取对强度和总质量影响较大的矩形管厚度作为设计变量,利用基于薄板样条插值的高维模型（TPS-HDMR）构建设计变量与目标函数之间的近似模型。采用加入精英保持策略和去除重复个体的非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）对变形量和质量两目标进行优化。优化结果验证了该方法的可行性。     

基于析因设计的轻卡正面碰撞安全性优化

为改善某轻型商用车的驾驶室正面碰撞安全性,基于HyperMesh前处理软件建立驾驶室有限元模型,借助LS-DYNA非线性求解软件进行碰撞试验仿真。将仿真结果与实车试验结果进行对比,验证有限元模型的准确性。运用析因设计方法筛选显著因子,采用最优拉丁超立方试验设计方法,结合Isight优化软件建立响应面模型并选用NSGA-Ⅱ遗传算法进行优化求解。结果表明,在重量没有增加的情况下驾驶室正面碰撞安全性显著提升,而且驾驶室顶部及后围碰撞安全性均未受到影响。     

基于正交试验的矿用车驾驶室多参数优化设计

矿用自卸车驾驶室防翻滚(ROPS)系统优化设计的主要目的是在确保驾驶室强度、刚度和动态性能的前提下,减轻驾驶室的质量,以达到轻量化的目的;因为驾驶室本身的部件较多,每个部件对驾驶室性能影响程度也不同,因此该系统的优化设计问题属于多参数与多目标优化问题。为此采用正交实验设计对驾驶室骨架多参数进行实验设计,对设计参数进行显著度分析。运用方差分析法(ANOVA)计算各设计参数对系统响应的方差来评估各参数的显著水平.在此基础上,选取对系统响应影响较为显著的设计参数作为优化变量,利用TPS-HDMR模型构建优化变量与响应的近似模型,采用NSGA-II遗传算法进行优化求解,对优化后驾驶室进行实验验证,实验结果与仿真结果基本吻合,达到企业要求。     

驾驶室ROPS性能非概率可靠性分析

采用非线性有限元分析方法对安全驾驶室翻车保护装置(ROPS)进行强度计算并对其进行可靠性分析。利用超椭球凸模型理论量化材料的弹性模量、泊松比、密度的不确定性。针对极限状态函数复杂或为隐式函数的问题,采用薄板样条插值高维模型(TPS-HDMR)作为近似模型进行非概率可靠度分析,最后运用改进一次二阶矩算法(i HL-RF)求解非概率可靠度指标。结果表明:在材料参数的不确定范围内,该驾驶室可靠性满足设计要求。     

基于梁截面的商用车驾驶室多目标优化研究

针对汽车白车身试验设计运行时间长、近似模型拟合精度低的问题,以某商用车驾驶室为研究对象,提出了一种基于梁截面的商用车驾驶室多目标优化方法。首先,在SFE-Concept中建立了驾驶室的隐式参数化模型,通过与经过验证的有限元模型进行对比,完成了对该模型的精度验证;然后,利用HyperMesh分析了驾驶室梁截面力学特性,找出了梁截面的控制因素,采用比例向量法对截面形状进行了控制;并结合HyperMesh、HyperMorph分别对驾驶室零件厚度和梁截面进行了灵敏度分析,在试验设计之前筛选出了关键优化变量;最后,构建了驾驶室的径向基—响应面混合近似模型,并且采用第二代遗传算法对驾驶室进行了多目标优化。研究结果表明:经多目标优化后,驾驶室质量下降了16.5 kg,减幅达5.4%,一阶弯曲模态频率、一阶扭转模态频率基本不变,弯曲刚度提升15.3%,扭转刚度提升7.7%;该结果说明商用车驾驶室目标优化效果较佳。     

复合材料机翼前缘柔性机构拓扑优化设计

以NACA2418标准翼型前缘为研究对象,提出一种基于离散材料优化(DMO)法的复合材料机翼前缘柔性机构拓扑优化设计方法。将离散材料优化(DMO)法与拓扑优化相结合,设计一种机翼前缘柔性机构来实现自适应连续变形,选定机翼前缘上10个离散点的实际位移与目标位移的偏差为目标函数,采用统一拓扑和多相材料优化的材料插值方案建立数学模型,最后用OC优化准则求解。利用MATLAB编程获得机翼前缘的拓扑结构,使用CATIA对拓扑结构进行三维建模,最后将得到的三维几何模型导入Hyperworks软件进行仿真分析。结果表明,机构可实现机翼前缘0°到9.3°的连续偏转,验证了该方法的可行性。     

考虑弹流润滑的齿轮传动多目标优化设计的遗传算法实现

应用弹性流体动力润滑理论,分析了模数、齿数等参数对齿轮副润滑性能的影响。在齿轮传动优化设计中,通过协调弹流效应和重量最轻建立了齿轮传动多目标优化的数学模型。采用遗传算法求解合连续及离散变量的优化设计问题,并用神经网络建立计算中各种曲线的插值模型。该系统发挥了神经网络与遗传算法各自的特点,数值例子表明了该方法的有效性。     

基于遗传算法的厢式货车平顺性优化

在RecurDyn中建立某厢式货车的整车多体动力学模型。基于离散梁法,建立整车模型中的钢板弹簧动力学模型,在板簧模型中,采用用户自定义子程序的方法为弹簧片间定义的三向力,可有效模拟簧片间的接触力和摩擦力,应用基于元模型的优化方法,对钢板弹簧模型的参数进行辨识;基于AR模型开发的路面不平度重构程序,可生成能够被RecurDyn调用的路面文件;进行该厢式货车整车平顺性试验,仿真和实车试验结果验证了所建整车模型的正确性;采用试验设计方法分析了悬架参数及驾驶室悬置参数对平顺性的影响,为平顺性优化时变量范围的选取提供了依据;提出一种采用批处理方式,通过ProcessNet集成AForge.Genetic组件实现遗传算法进行整车平顺性优化的方法,优化后驾驶员脚部地板处总加权加速度均方根值下降了9.35%,提高了厢式货车的平顺性能。     

基于代理模型的水下滑翔机机翼设计优化方法

在复杂工程系统的概念设计优化中,高精度数值分析方法得到广泛应用,将高精度数值分析与优化方法有机结合,对设计空间展开全面搜索与寻优,已经成为现代设计优化方法的重要发展方向。以水下滑翔机的概念设计为研究对象,引入代理模型,控制高精度分析试验的数量,有效地化解精度与效率之间的矛盾。将参数化几何建模、网格划分以及流体数值模拟分析集成为自动分析流程,并以此为基础采用试验设计理论,构建代理模型,解决水下滑翔机机翼的多目标设计优化问题。给出基于代理模型的设计优化过程,并系统地比较几种试验设计方法的适应性,重点讨论多项式响应面和径向基函数代理模型,所得代理模型相对误差小于2%。采用梯度寻优方法与遗传算法在给定设计空间内进行全面搜索,获得机翼的最佳平 面构形,水下滑翔机的升阻比提高6.76%,俯仰力矩的绝对值由0.276 0 N•m降低为0.001 5 N•m,提高水下滑翔机的运动性能。     

拼接铺层纤维增强复合材料连接结构设计与离散优化

多相离散设计是依据零件具体结构,通过各向异性材料分布,获得理想的优化设计方法.针对目前离散设计方法中相邻设计域接头间的可靠性连接问题,提出了一种拼接铺层的结构形式,为结构件设计域连接提供了一种新的方法.结合复合材料离散设计与拼接铺层结构形式,综合考虑拼接接头对零件整体性能的影响,建立复合材料离散铺层优化系统.以汽车后背门模型为例,试验测试与仿真对比,验证了所建立优化模型的结果准确性.在优化过程中引入复合材料相关制造约束和材料插值模型,使优化设计结果兼顾了良好的可实施性.应用该铺层优化设计系统,相较传统复合材料铺层设计,汽车后背门在保证零件性能指标的基础之上,总成零件重量降低28.0％,实现了更加理想的轻量化实施效果.     

基于深度代理模型的叉车臂架液压系统设计优化

为了提升利用微调构造的深度神经网络代理模型(又名深度代理模型)的性能,提出了一种主动闭环蒙特卡罗试验设计方法,通过费雪尔信息矩阵将设计点与模型梯度关联,并利用乘法算法求解,然后引入随机离散蒙特卡罗算法进行闭环采样,使得设计点具有覆盖整个设计空间的统计学特性.基于该方法,利用多层感知器建立了某伸缩臂叉车臂架动作特性深度代...     

基于动态径向基函数代理模型的优化策略

针对飞行器多学科设计优化中传统的静态代理模型方法全局近似精度难以保证与计算效率较低的问题,提出一种基于动态径向基函数代理模型的优化策略.通过Maximin拉丁超方计算试验设计在设计空间中选择初始样本点,构造径向基函数代理模型,并通过全局优化算法对当前代理模型进行优化获得原优化问题的可能最优解,根据已知信息构造重点采样空间,在优化过程中逐步更新重点采样空间并在其内部增加样本点,并更新代理模型以提高代理模型在全局最优解附近的近似精度,直至优化迭代收敛.将本优化策略应用于数学测试算例和NASA减速器优化设计中,优化结果表明,使用本优化策略可以获得分析模型的全局最优解.与直接使用遗传算法相比,计算分析模型的次数减少了95%,相比于传统的静态径向基函数代理模型方法,计算分析模型的次数减少了50%.     

汽车钢板弹簧主片结构的组合优化设计方法研究

多数汽车钢板弹簧结构设计主要依赖于设计人员的经验,针对其设计中结构确定过程难于量化等问题,提出运用组合优化方法进行汽车钢板弹簧主片的结构设计,从描述汽车钢板弹簧结构设计中的组合优化问题入手,参照遗传算法求解故障诊断问题中的相关量化方法和建模过程,建立汽车钢板弹簧主片结构求解的组合优化模型,并以某车型汽车钢板弹簧主片结构的设计过程为例,在Matlab7.1中运用遗传算法实现主片结构的求解,验证所提出方法的有效性.     

基于响应面法的挖掘机三油缸结构动臂轻量化设计

考虑到三油缸结构动臂的结构特殊性,以及传统经验方法在结构设计上的保守性因素,提出了基于响应面法的变厚度轻量化设计方法,并搭建了基于多学科优化软件Isight、有限元软件Nastran以及利用Python语言二次开发的集成优化环境。基于板壳理论与测试数据建立了三油缸结构动臂危险工况的有限元参数化模型,并以其主要板厚尺寸为初始设计变量,以结构强度、刚度及重量为模型响应,结合最优拉丁超立方设计法对初始变量进行了灵敏度分析,使用筛选后的设计变量拟合响应面模型(RSM);以结构强度和刚度为约束条件,动臂质量最小为目标函数,采用多岛遗传算法对响应面模型进行优化。结果表明,在保证结构性能的前提下,该方法轻量化设计后的动臂减重14.7%,优化效率较有限元模型提高84%左右,优化效果显著且大幅度缩短了设计周期。     

小孔超声振动挤压加工用变幅杆的优化设计

为了设计小孔超声振动挤压加工用变幅杆,提出了一种复合型变幅杆的优化设计方法。采用多项式响应面法、克里金法和支持向量回归法构建了根据变幅杆的结构参数预测其性能参数的代理模型,评价了代理模型的精度。结合精度较高的代理模型,基于遗传算法对该复合型变幅杆进行了优化设计。经仿真实验验证了该优化方法的有效性。加工试验结果表明:所设计的变幅杆满足使用要求,加工效果理想。     

基于代理模型的变复杂度方法在板料成形优化中的应用

板料成形优化中存在一些缺陷问题,如一步法与优化算法相结合时精度低、增量法与优化算法直接结合时效率低以及通过传统构造代理模型的方法构造高精度的代理模型时需要大量增量法模拟结果。为了充分发挥一步法和增量法各自的优点,提出采用变复杂度方法通过较少次数的试验样本点数据先在一步法和增量法间建立一个差值补偿响应面模型。通过一步法和差值补偿响应面模型构造新的试验样本点,在新构样本点和原有用增量法计算的样本点数据基础上建立移动最小二乘法代理模型,建立的移动最小二乘法代理模型精度和效率都较高。利用粒子群优化算法对移动最小二乘法代理模型进行优化求解。将该方法应用到了汽车某内板的成形性优化中,优化的结果显著地提高了板料的成形性。算例表明,该方法具有较高的精度和较强的工程实用性。     

基于群智能算法的设备布局离散优化研究

针对单向环形设备布局设计问题,建立了新的数学模型.利用多维实数编码及映射方法,将连续粒子群优化算法应用于求解设备单向环形布局问题,提供了求解离散优化问题的新思路.利用遗传算法中的杂交策略扩展了粒子群优化算法,提高了粒子群优化算法性能.建立了问题的图结构描述,以引入蚁群系统算法搜索优化解.给出了两种方法的求解步骤.通过实例计算和结果比较,说明该算法能有效地解决此类离散优化问题,降低成本,提高效率,所得解质量较高,有很好的实用价值.     

响应面法与遗传算法相结合的注塑工艺优化

应用田口方法进行试验设计,应用计算机辅助工程技术对注塑成形过程进行了分析,建立了注塑成形工艺参数与翘曲度关系的代理模型——响应面模型,对模型进行了验证研究,将响应面法与遗传算法相结合进行了注塑工艺参数优化。结果表明,响应面模型是准确可靠的,将响应面法和遗传算法相结合,可有效提高运算速度和优化效率。     

基于信赖域模型管理技术的永磁同步电机多目标优化

针对永磁同步电机多目标优化过程中要反复调用耗时的仿真分析且在整个设计域构建代理模型精度低的问题,提出基于信赖域模型管理技术的永磁同步电机多目标优化算法,该算法将整个设计域划分为一系列信赖域,在信赖域上构建径向基函数代理模型并采用微型多目标遗传算法近似优化,降低多目标优化中代理模型的精度要求。通过代理模型与电磁仿真模型的近似程度来调节信赖域的大小,通过缩放和平移信赖域,引导各个电机目标性能逐步逼近Pareto最优前沿面,加快收敛速度。为了进一步减少有限元仿真次数,引入遗传智能布点技术,通过样本遗传策略,遗传落在下个信赖域上的样本。通过算例验证了该算法具有较强的求解永磁同步电机多目标优化问题的能力及较高的求解效率。     

基于等效板方法的离散源损伤壁板动力学分析

等效板方法是针对板壳状结构建立力学代理模型的一种高效分析方法。分别针对典型加筋壁板在完好和含离散源损伤的两种情况下进行等效板建立方法研究。在等效板建模过程中,应用有限元分析方法求解结构静变形和固有特性,利用优化算法发展等效板建立的方法,使用多项式定义设计变量的控制方程。对于完好壁板,等效板与目标板静变形结果一致,主要模态及频率一致;对于含离散源损伤板的情况,通过设定模态权重系数,可使等效板的主要模态和频率与目标模型吻合,从而验证等效板建立方法的正确性和用于分析结构动力学问题的准确性。等效板方法为含离散源损伤的复杂结构的动力学分析提供了一种有效手段。