基于6Sigma和目标驱动技术的龙门导轨磨床立柱多目标优化

针对龙门导轨磨床立柱的结构特点,构建了龙门导轨磨床立柱的有限元模型,并利用基于6Sigm a原则和目标驱动技术的有限元优化分析方法对立柱进行多目标尺寸优化设计。首先利用基于6Sigm a原则的分析方法对立柱模型进行参数灵敏度分析,获得对立柱性能影响较大的参数,将参数作为优化设计的变量;然后利用基于目标驱动技术的多目标优化方法对立柱进行以质量、最大变形量,一阶固有频率为目标函数的多目标优化,在保证立柱最大等效应力不大于初值的前提下,最大变形量减小45.1%,质量减小3.79%,龙门导轨磨床立柱一阶固有频率提高14.6%。结果表明,该方法具有较强的工程实用性。     

基于近似模型的在轨加注站贮箱多目标优化设计

为了提高在轨加注站贮箱的结构稳定性并减小贮箱质量,提出了以推进剂装载质量为约束条件,贮箱质量、1阶固有频率、最大形变量为目标函数的多目标优化设计方法。通过参数化建模、模态分析、拉丁超立方试验设计、4阶响应面近似模型及NSGA-Ⅱ算法对贮箱进行多目标优化设计。与有限元计算结果对比表明:在满足推进剂装载质量的条件下,贮箱质量减少32.95%,1阶固有频率提高36.30%,最大形变量减少17.03%,说明所提出的优化设计方法能够精确并高效实现对贮箱多目标优化设计。     

数控铣床工作台多目标优化研究

基于正交试验原理,选取工作台13个设计变量安排正交试验,根据正交试验结果,分别建立工作台质量、最大变形量和前3阶固有频率的灵敏度函数,根据灵敏度分析结果,选择5个敏感设计变量安排中心复合试验,根据中心复合试验结果,分别建立工作台质量、最大变形量和前3阶固有频率的响应面模型,利用响应面模型建立工作台多目标优化模型,借助Matlab软件遗传算法工具箱对多目标优化模型求解,优化效果显著,质量、最大变形量分别下降了2.01%和14.79%,前3阶固有频率分别提高了11.84%、12.81%和10.63%。     

汽车驱动桥壳静动态特性分析与多目标优化研究

针对在驱动桥壳的设计过程中为满足强度和刚度要求而存在的重量冗余问题,提出了一种结合灵敏度分析与响应面模型的多目标优化设计方法。基于ANSYS在3种典型工况下对驱动桥壳进行了静动态特性分析,将驱动桥壳的5个尺寸参数定义为设计变量,以最大变形、最大等效应力、重量和第一阶固有频率为目标函数;采用Box-Behnken试验设计方法对设计变量进行了试验设计、灵敏度分析和响应面分析,研究了驱动桥壳5个尺寸参数变化对目标函数的影响;在响应面分析的基础上,利用遗传算法对驱动桥壳进行了多目标优化。研究结果表明:优化后驱动桥壳的最大变形减小了1.8%,最大等效应力减小了6.57%,重量减小了6.28%,第一阶固有频率增加了2.1%;该结果证明了所提出的驱动桥壳多目标优化方法具有可行性。     

基于6σ和目标驱动技术的光电跟踪设备托座多目标优化

根据光电跟踪设备托座的结构特点,构建了托座的三维模型和有限元模型,并基于多目标驱动优化理论,对托座进行多目标优化。利用6σ原则对托座设计参数进行灵敏度分析,得到对托座性能影响较大的参数,将其作为最终优化设计变量;以托座质量、一阶固有频率和最大变形量为目标函数,对托座进行多目标驱动优化。通过多目标驱动优化,达到了在保证总体变形情况下减小托座质量和提高托座一阶固有频率的目的。     

基于ANSYS Workbench的立式车床回转工作台结构优化设计

基于ANSYS Workbench平台,以某数控立式车床回转工作台为研究对象,利用拓扑优化和尺寸优化设计方法,对其进行了以减轻质量和提高结构刚度为目标的结构优化设计研究。分析结果表明:与原设计方案相比较,优化改进后的回转工作台质量减少了24.97%,最大变形量减小了39.8%,而且一阶固有频率也由399.9 Hz提高到474.9 Hz。     

基于多目标的刨切机床身结构优化设计

以某数控刨切机床身为研究对象,提出一种基于灵敏度分析与结构优化设计相结合,以床身质量、最大静变形和一阶固有频率为优化目标的床身优化设计方法。建立床身有限元模型,对其进行动静态特性分析,通过对床身主要设计参数进行拉丁超立方试验设计,在此基础上,对各设计参数进行灵敏度分析并建立响应面模型,确定影响床身质量和床身动静态特性的关键参数,运用多目标优化算法对床身进行优化求解,根据优化结果,得到最佳优化方案。结果表明:床身质量减少 5.82% ,最大静变形减小 6.71% ,一阶固有频率提高 6.11% ,该优化方法在提高床身动静态特性的基础上,减轻了床身质量,为床身优化设计提供理论参考。     

VX380T数控加工中心工作台拓扑分析及多目标参数优化设计

为使VX380T数控加工中心工作台同时具有优越的静、动态性能和轻量化特点。利用拓扑分析的方法研究工作台截面的最佳载荷传递路径,依据拓扑分析结果设计了工作台的加强筋布局。将新结构工作台的整体质量和最大频响幅值为目标函数,以各加强筋的结构参数为设计变量,以原始工作台的静态性能和前3阶固有频率为约束条件进行多目标参数优化设计。对参数优化后工作台的质量、静动态性能进行对比分析,结果表明,其质量减轻了12.19%的同时,其静动态性能也得到了显著提高,证明了优化设计的可行性和有效性。     

摆线齿轮成形磨削机床立柱的多级优化研究

针对摆线轮成形磨床立柱优化过程中的复杂性,提出一种综合拓扑优化、结构仿生、尺寸优化的多级多目标优化设计方法,实现了立柱质量、一阶固有频率、最大应力及变形位移综合目标优化。以应变能最小为目标函数,以体积分数为约束,采用拓扑优化设计方法,确定了复杂载荷下摆线轮成形磨床立柱材料的最佳分布。以王莲叶脉和芭蕉叶柄为仿生目标,采用结构仿生优化设计方法,在立柱内部仿生空间设计仿生筋板,最大限度提升立柱整体性能。采用响应面模型遗传算法对立柱内部复杂结构尺寸进行优化,得到尺寸最优解。结果表明：在受载相同的情况下,优化后的立柱质量减轻18.4%,立柱最大应力减少23.6%,变形位移减少0.6%,一阶固有频率有所提升。     

焊接机器人大臂的结构分析与优化设计

对焊接机器人的大臂进行结构分析,得到了焊接机器人大臂的动态应力云图和静态应力云图。根据结构分析结果,结合设计经验,对焊接机器人的大臂进行优化设计。仿真结果显示,优化设计后的焊接机器人大臂在静态变形增大1.5%,3阶固有频率降低24%的情况下,动态变形减小8.3%,动态应力减小37.2%,静态应力减小75.2%,质量减小11.7%,1阶固有频率提高133.5%,2阶固有频率提高38.9%。仿真结果表明,所采用的结构分析与优化设计方法具有较好的优化效果和工程实用性。     

自由曲面轮廓仪机架多目标优化设计

针对复杂机床结构优化过程中,通常难以处理各个设计参数之间的关联关系的问题,提出了一种结合数值模拟和优化算法进行多目标优化设计的方法。在Isight平台中调用SolidWorks和Workbench插件进行试验设计,通过最优拉丁超立方试验设计方法（optimal latin hypercube algorithm,OLHA）设计样本点,用生成的样本点构建泛克里金近似模型,并使用交叉验证证明模型的可靠性和有效性,以最大位移变形量最小和一阶固有频率最大为优化目标,运用多岛遗传算法（multi-island genetic algorithm,MIGA）进行寻优计算来获取最优解。优化后的一阶固有频率为221.31 Hz,较优化前增加了8.43%,最大变形为0.001 888 mm,减小了18.45%,实现了机架的多目标优化设计。     

基于响应面法的龙门加工中心回转工作台结构优化设计

以某龙门加工中心回转工作台为研究对象,采用有限元方法对其进行静动态特性分析和优化设计。为提高回转工作台刚度和减轻重量,对主要设计参数进行Box-Behnken试验设计。在试验设计的基础上,对设计参数进行灵敏度分析并建立响应面模型,采用多目标优化算法对响应面模型进行优化,结合生产工艺确定最佳优化方案。优化结果表明,采用上述方法对回转工作台进行优化后,其最大变形量减少了36.8%,第一阶固有频率提高了5.4%,重量减少了2.6%,为回转工作台的优化设计提供了一种新思路。     

应用有限单元法的机床进给系统轴扭特性分析

基于有限元法建立了考虑轴扭耦合的机床进给系统动力学方程,分析了工作台位置变化对其动态性能的影响.结果 表明:第1、3阶固有频率为丝杠和工作台的轴向振动模态,第2阶为丝杠扭转振动模态.随着工作台位置变化,第1阶固有频率呈现先减后增的变化,最大值出现在丝杠端部,变化率达50.58％;第3阶固有频率为先增后减的变化规律,其中最大值出现在丝杠中部,变化率为10.3％;试验结果与计算结果相吻合;第2阶固有频率受工作台位置变化影响不大,验证试验结果与仿真结果相一致,证明这里的进给系统动力学模型具有较高的精度.     

基于多学科性能分析的驱动桥壳多目标优化

在保证整车整体机械性能的前提下对底盘零部件进行优化,是当前汽车工程设计的一个重要挑战。针对汽车驱动桥壳的多学科多目标优化设计问题,提出了一种系统的设计方法。采用有限元数值模拟和试验验证相结合方法系统研究其动态模态频率及振型,静态刚、强度及垂直弯曲疲劳寿命多学科性能,在此基础上,以其结构参数为设计变量,以最大静应力和疲劳损伤系数为设计约束,以整体质量、最大静态变形量和动态一阶模态频率为优化目标,结合哈默斯雷试验设计、移动最小二乘代理模型及全局响应面多目标优化算法,对其进行多学科性能驱动的轻量化多目标优化设计。结果表明:优化设计前后驱动桥壳整体质量降低6.0%,取得了良好的轻量化设计效果。     

基于响应面法的数控铣床立柱多目标优化

以提高某型数控铣床立柱的动静态特性为目的,在对立柱进行基于有限元法的静力分析和模态分析的基础上。对立柱的主要设计尺寸进行Box-Behnken试验设计,并进行灵敏度分析和建立响应面模型。以立柱的重量、静态最大变形量和第一阶固有频率为优化目标函数,立柱主筋半径、筋板厚度和壁厚为设计变量,对立柱进行多目标优化设计。优化结果表明,采用此方法优化后,立柱的静态最大变形量减小了6.5%,第一阶固有频率提高了14%,重量减小了11.1%,为立柱的优化设计提供了一种新思路。     

加工中心进给系统动态特性分析及工作台尺寸优化设计

围绕某龙门加工中心进给系统的动态特性及工作台尺寸优化开展研究。首先,对进给系统进行了振动信号的采集与分析;其次,对进给系统进行了模态分析并利用Ansys workbench建立了进给系统的有限元模型;最后,以工作台质量为约束,并取工作台7个结构尺寸作为优化变量,以提高工作台的固有频率为优化目标进行了工作台的尺寸优化。研究结果表明,优化工作实现了在保证工作台质量不增加的情况下提高工作台总体刚度的目标。     

直线电机进给系统动态性能演化规律数值模拟与试验

为确定随工作台移动进给系统动态响应演变规律,利用达朗贝尔原理建立了工作台处于不同位置的直线电机进给系统动力学模型,基于ANSYS Workbench平台数值模拟分析了工作台处于最左端、中间、最右端位置处的直线电机进给系统模态响应,得到其前4阶固有频率和振型。采用锤击法单点激励多点拾振对两轴联动直线电机进给系统进行模态测试试验,利用LMS测试分析系统得到三种不同位置处的固有频率和振型,试验验证了直线电机进给系统工作台在不同位置移动过程中动态响应数值模拟的正确性和合理性,同时发现随工作台位置变化直线电机进给系统动态特性也随之改变,当工作台处于中间位置时系统模态低阶固有频率大于左右两端位置处,且随着工作台位置的变化系统质量分布出现偏移,为合理确定复杂工况下直线电机进给系统动态时变特性提供依据。     

基于虚拟材料的滚珠丝杠进给系统建模及其时变特性研究

为了建立准确的滚珠丝杠进给系统的动力学模型并对其时变特性进行分析,提出了单独获取法和整体获取法两种基于多目标优化方法获取结合部虚拟材料模型的参数,从而构建精确的结合部虚拟材料模型,并通过实验对此两种参数获取方法进行了验证。结果表明:基于多目标优化方法整体获取全部结合部虚拟材料模型参数的获取方法计算量大,但操作简单且获取参数更为可靠。工作台负载质量对进给系统固有频率虽有影响,但不如螺母位置对进给系统固有频率的影响大。     

带式输送机转向滚筒的多目标优化设计

以转向滚筒质量和固有频率为目标函数,以转向滚筒的最大位移和最大应力作为约束条件,采用多目标优化分析,得到转向滚筒的最优解.优化后的结果有效地降低了转向滚筒的质量,提高了一阶固有频率,提高了转向滚筒的性能.分析认为,这一方法同样适用于其他零部件的优化设计,以提高带式输送机的整体性能.     

基于不确定性分析的商用车多目标协同优化方法研究

商用车系统是非线性、强耦合以及受大量不确定性因素影响的系统。文章基于不确定性多目标UMOMDO(Uncrtainty Multi-Objective Multidisciplinary Design Optimization,UMOMDO)优化方法,研究建立一种不确定全局协同优化框架。以近似模型数据、试验数据与动态仿真数据为基础,基于深度数据驱动学习算法构建优化变量的解空间界定器,通过特征建模与递推演算方法界定优化变量范围,将设计变量映射到高维空间。再通过高维空间数据密度差,建立整车多目标协同优化模型,并基于该优化框架对H5B中型商用车进行车架结构-性能-可靠性多目标协同优化设计。优化过后的设计与原设计相比,满载最大应力降低2.8%,扭转最大位移降低15.2%,一阶频率提高3.3%,可靠度提高到95%,且质量减少2.3%,较好地完成了可靠性轻量化设计的目标。