基于不确定性准则的薄壁管耐撞可靠性设计

为了提高薄壁圆管的耐撞性,基于可靠性理论与响应面近似技术,建立了薄壁圆管的高精度近似模型,提出一种基于产品质量工程的可靠性优化设计方法。与传统确定性优化结果相比,可靠性优化结果不仅较好地满足了薄壁圆管的耐撞性要求,而且大大提高了优化设计的效率。同时,薄壁圆管的使用可靠性也有较大幅度的提高。     

铝泡沫填充薄壁结构耐撞可靠性优化设计

泡沫填充薄壁结构能有效地改善汽车薄壁吸能部件的耐撞性。为设计更轻与更有效的吸能结构,并满足汽车安全性设计要求,提出一种新颖的轻质铝泡沫填充双管薄壁结构,并对其耐撞性展开确定性最优化设计。但是,由于薄壁结构的厚度、屈服强度以及铝泡沫的密度等设计参数易受到仿真以及制造误差等不确定性因素的影响,导致确定性最优解收敛于约束边界,从而丢失了应有的使用可靠性要求。因此,提出基于Kriging近似模型与一阶可靠性分析方法的铝泡沫填充结构可靠性最优设计方法,并进一步开展基于参数不确定性的铝泡沫填充结构的耐撞性可靠性优化设计研究。优化结果显示,可靠性最优解不仅远离约束边界,而且较好地满足了铝泡沫填充结构的安全性与可靠性设计要求。     

基于协同优化和多目标遗传算法的车身结构多学科优化设计

在汽车车身结构NVH和侧面碰撞安全性研究中,实施多学科多目标优化的可行性设计。通过试验设计制定试验方案并进行数据采样,构建考虑整车侧撞安全性、白车身模态、静态弯曲刚度、扭转刚度和轻量化等性能的响应面近似模型,然后对车身结构分别进行确定性和可靠性轻量化单目标设计。最后,运用多目标遗传算法结合多学科协同优化对车身结构进行多目标优化设计,获取Pareto最优化解集。研究结果表明:可靠性优化设计较确定性优化设计而言,能考虑产品设计和生产过程中的不确定性因素,保证产品稳健性;车身结构的多目标优化设计全面考虑了车身结构轻量化、NVH和碰撞安全性能等多学科之间的耦合和解耦;设计者可按需选择其满意的优化结果,这将大幅缩减产品开发周期、降低产品开发成本。     

基于FORM的齿轮传动多学科优化设计

通常多学科设计优化是一种确定性设计方法,未考虑不确定性因素的影响。为降低多学科设计优化过程中不确定性因素对系统性能的影响,将一次可靠性方法与协同优化方法相结合,应用到多学科设计优化中。建立基于一次可靠性方法的协同优化的数学模型,并阐述其求解流程,该方法可用于多学科设计优化领域的可靠性设计问题。分别运用协同优化方法和基于一次可靠性方法的协同优化实现了减速器齿轮传动的多学科优化设计,在这两种方法的系统级优化中,引入松弛变量,将一致性等式约束转化为不等式约束,使算法易于收敛。优化结果表明基于一次可靠性方法的协同优化方法求得的最优解使得约束条件满足了可靠性要求,提高了系统的可靠性,具有实际工程意义。     

连续变截面板(TRB板)在汽车前纵梁中的应用及优化分析

汽车前纵梁结构设计不仅要满足整车布置和承载要求,还需满足耐撞性要求。为实现耐撞性和轻量化双重目标,在前纵梁结构中引入连续变截面板(TRB板),充分利用其材料特性,满足前纵梁结构的吸能与变形模式。分别对TRB板材和等厚板材结构件进行台车碰撞试验及有限元仿真分析;建立加速度和质量的多项式响应面模型,以最小加速度峰值为优化目标,对TRB板的薄壁梁尺寸参数进行优化设计。结果表明,相对于等厚板,TRB板材的薄壁梁结构变形量较小、加速度峰值较小,具有更好的耐撞性;优化后的薄壁梁质量减轻5.21%且加速度峰值减少1.63%,且响应面近似模型具有较好的预测精度。     

随机与区间不确定性下基于BLISS的多学科可靠性设计优化

为了提高多源不确定下多学科设计优化的效率,提出一种基于两级一体化策略的多学科可靠性设计优化方法。该方法采用一种单级概率可靠性设计优化与基于响应面的BLISS进行集成的策略,将传统嵌套循环的确定性多学科设计优化和多学科可靠性分析进行解耦、形成顺序执行的两个模块,减少了多学科可靠性分析次数和多学科分析调用频率,提高了多学科可靠性设计优化的效率。在多学科可靠性分析模块,采用一种序列化方法进行概率和非概率多学科可靠性分析。最后通过一个实例验证了方法的有效性。     

门式启闭机门架结构6σ稳健优化设计

以重量减轻为目标,对启闭机门架结构的确定性优化结果进行可靠性分析,优化结果的可靠度为86.5％,可靠度不高.针对传统确定性优化设计中没有考虑不确定因素对产品性能和质量的影响,其优化结果可靠性和稳健性往往较低的问题.基于6σ质量设计方法、蒙特卡洛模拟法、多岛遗传算法,采用多学科设计优化软件ISIGHT对门架结构进行6σ-稳健优化设计.计算结果表明,经6σ稳健优化后门架结构自重降低了21.6％,其可靠性和稳健性显著提高,可靠度达到98％,为门式启闭机门架优化设计提供理论指导.     

基于6σ 稳健性的运输工装轻量化设计

为了在减轻地铁车辆拖车轮对运输工装重量的同时,提高优化设计的可靠性与稳健性,在轻量化设计中充分考虑尺寸参数的不确定性信息,通过引入6稳健设计理念,将响应面法、轻量化设计、6质量管理、可靠性设计、稳健设计、蒙特卡罗模拟技术相结合,构造了基于6稳健性的地铁车辆拖车轮对运输工装轻量化设计新方法。结果表明,优化后的工装强度和刚度满足设计要求,重量减少了112.3kg,减重率达49.3%,轻量化效果显著;且与传统的确定性轻量化设计相比,该方法不仅增强了工装的强度和刚度,而且提高了优化设计的可靠性、强度与刚度的稳健性以及重量的一致性,验证了该方法的有效性。     

基于可靠性优化的汽车乘员约束系统的性能改进

针对某款微型轿车,通过MADYMO软件建立并验证了该车的乘员侧正面碰撞约束系统仿真模型,并将试验设计、Kriging近似模型和可靠性理论相结合,构造了乘员约束系统可靠性优化设计方法。与传统的确定性优化结果相比较,可靠性优化结果不仅较好地满足了乘员约束系统的设计目标,而且大幅度地提高了系统设计约束的可靠性。     

基于实验设计的城市客车车架多工况稳健设计优化

针对某城市客车模型,将实验设计、6σ稳健设计与多工况优化设计相结合,提出一种高稳健性且减轻结构质量的方法。该方法先通过最优拉丁超立方方法筛选出对车架质量、应力、变形等具有较大的影响变量作为优化尺寸变量;分别针对各工况进行确定性优化并分析结果可靠度;将结果可靠度较低的工况进行6σ稳健优化设计;最后对车架进行基于概率考虑的全工况优化设计。对某城市客车模型多工况稳健优化设计的结果表明,该方法在考虑了多工况和车架优化结果可靠性满足设计要求的基础上,有效提高稳健性,减轻其结构质量。     

基于多目标遗传算法的鱼雷多学科稳健优化设计

传统的多学科设计优化多为确定性优化,这种设计优化忽视了系统本身固有的不确定性因素,求得的最优解往往只具有数学意义,很难应用于工程实践。本文将多目标遗传优化算法与多学科设计优化方法相结合,同时考虑了稳健性对优化结果的影响,采用响应面近似方法获得系统耦合关系,通过效力系数把设计变量分配到相应的子空间中,在每一个子空间里都进行基于遗传算法的多目标优化,使各学科的模拟分析、优化设计得到并行设计。提高了优化效率。本文通过鱼雷总体多学科优化设计的算例证明了此方法的可行性。在工程实践中有一定的指导意义。     

基于响应面法炮尾炮闩6σ稳健优化设计

传统结构优化设计计算效率低,且大多不能满足稳健性设计要求.将响应面法与6盯稳健优化方法相结合,在多学科优化软件ISIGHT中对炮尾圆角进行了模型优化设计,得到了'较为稳健的设计结果.     

桥式起重机箱型主梁模糊可靠性优化

随机性是现实世界中不可回避的非确定性,为使桥式起重机主梁的设计更符合实际,充分考虑到设计中所存在的模糊随机,结合模糊可靠性与优化设计,以主梁的截面几何参数为设计变量,以主梁重量最轻为目标函数,以强度、刚度和几何限制为模糊约束条件,建立桥机主梁模糊可靠性优化数学模型。在优化过程中,建立对应的隶属函数,用最优水平截集将模糊问题清晰化,并通过编写MATLAB程序获得优化结果。新设计方法可以在可靠度不降低的情况下获得比常规可靠性优化设计减少1.81%,比传统设计方法减少7.27%的主梁结构。     

汽车车身耐撞性与NVH多学科设计优化研究

将多学科设计优化运用在汽车车身耐撞性研究中,通过拉丁方试验设计获取采样数据点,同时,为了提高了计算效率,构建了考虑整车正撞安全性和白车身扭转模态优化设计的多学科系统的响应面近似模型,然后运用序列响应面方法结合多学科可行性方法对近似模型进行优化。避免了传统整车耐撞性和白车身NVH相结合的多学科优化设计方法计算量大,且在碰撞非线性系统优化中常常易导致收敛缓慢甚至不收敛的缺点。在较好地满足CMVDR294安全法规的同时,使得白车身的扭转模态值得到提高,在一定程度上改善了汽车的安全性、舒适性和平顺性。     

基于近似技术的序列化多学科可靠性设计优化

为提高多学科可靠性设计优化的计算效率,集成近似技术与解耦思想,提出一种基于近似并行子空间优化策略(ACSSO)和角度更新功能测度法的序列化多学科可靠性设计优化方法。基于解耦思想将其分解为确定性多学科优化与可靠性分析顺序执行的过程,避免每次优化对整个可靠性模型的反复计算。提出基于ACSSO策略进行确定性多学科设计优化,采用近似灵敏度信息替代实际灵敏度值,仅计算灵敏项构建全局灵敏度方程,避免了每轮都对学科级和系统级灵敏度信息的计算。基于角度更新策略对功能测度法进行改进,以极限状态函数的搜索角度值替代函数值进行可靠性评估,减少了耦合状态变量与多学科分析次数。以汽车侧撞工程设计为实例,验证了所提方法的有效性及工程实用价值。     

不完全概率信息的梁结构可靠性稳健设计

将可靠性设计理论和稳健设计方法相结合,讨论不完全概率信息的梁结构可靠性稳健设计问题,提出可靠性稳健设计的计算方法.把可靠性灵敏度溶入可靠性优化设计模型之中,将可靠性稳健设计归结为满足可靠性要求的多目标优化问题.在基本随机参数的前四阶矩已知的情况下,通过计算机程序可以实现不完全概率信息的梁结构可靠性稳健设计,迅速准确地得到不完全概率信息的梁结构可靠性稳健设计信息.     

汽车车身耐撞性与NVH多学科设计优化研究

将多学科设计优化运用在汽车车身耐撞性研究中,通过拉丁方试验设计获取采样数据点,同时,为了提高了计算效率,构建了考虑整车正撞安全性和白车身扭转模态优化设计的多学科系统的响应面近似模型,然后运用序列响应面方法结合多学科可行性方法对近似模型进行优化。避免了传统整车耐撞性和白车身NVH相结合的多学科优化设计方法计算量大,且在碰撞非线性系统优化中常常易导致收敛缓慢甚至不收敛的缺点。在较好地满足CMVDR294安全法规的同时,使得白车身的扭转模态值得到提高,在一定程度上改善了汽车的安全性、舒适性和平顺性。
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桥式起重机主梁结构的可靠性拓扑优化

为了在降低设计难度和提高设计效率前提下实现起重机主梁结构的可靠性优化设计,首先基于变密度方法和概率方法分别构建以起重机主梁结构体积最小作为目标函数的确定性拓扑优化模型和可靠性拓扑优化模型;其次,将可靠性拓扑优化模型中的优化问题经混合法解耦处理后,分解为可靠性分析和当量确定性拓扑优化2个独立子问题;再次,在优化设计过程中使用灰色关联系数法分配各工况的权重系数;最后,再对经过可靠性拓扑优化设计后所得的新型主梁结构进行二次设计。结果表明,同确定性拓扑优化比较,可靠性拓扑优化的迭代次数较少,计算速度较快;经二次设计后,起重机主梁结构的刚度、强度与固有频率均得到了提高;设计结果可为起重机金属结构优化设计提供新思路。     

复杂机械产品虚拟样机多学科设计优化研究

为了以尽可能高的效率求得复杂机械产品虚拟样机尽可能优的设计方案,提出了一种将多学科设计优化方法与计算机仿真分析相结合的虚拟样机优化设计模式。通过将多学科设计优化方法应用于虚拟样机的并行设计过程,构建了虚拟样机的多学科设计优化集成平台,由多学科优化来驱动设计分析进程,形成虚拟样机集成的闭环自动迭代优化设计过程。针对汽车设计,给出了虚拟样机多学科设计优化的集成分析流程,同时利用虚拟样机的动态特性显示,直观地表现出复杂产品多学科设计优化过程中设计方案的变化。     

基于多学科设计优化方法的分动器优化设计

针对分动器的传统优化过程繁琐等问题,为实现对分动器力学性能和轻量化的同步优化,有必要引入多学科设计优化(Multi-disciplinary Design Optimization,MDO)方法。文中通过引入MDO思想,建立了多学科优化数学模型,阐述了自适应模拟退火算法(Adaptive Simulated Annealing,ASA),并构建了MDO设计流程图。并将此套方法理念应用于某款分时分动器的优化设计,在ISIGHT软件中搭建的优化平台上集成UG,ABAQUS和计算器组件,并基于ASA算法进行迭代计算。计算结果显示完成了分动器轻量化和力学性能的同步优化,同时验证了将多学科设计优化方法应用于分动器优化设计的可行性。