扭转缓冲器弹簧的多目标优化设计

以扭转缓冲器弹簧为例,以弹簧自由高度最小、质量最轻为优化目标,建立圆柱螺旋扭转弹簧多目标优化设计的数学模型。采用统一目标法对弹簧进行优化,并借助Matlab优化工具箱进行求解。结果表明：采用该种方法,减小了自由高度,减轻了重量,优化效果显著。     

基于疲劳寿命的轿车后悬架扭转梁轻量化设计

以某国产轿车后悬架扭转梁的轻量化为研究目标,利用多体动力学软件建立考虑后悬架扭转梁柔性的整车刚柔耦合模型,并通过扭转梁自由模态试验和整车行驶平顺性实车道路试验验证了模型的正确性。在耐久性强化路面上进行整车动力学仿真分析,计算扭转梁模态位移时间历程,通过模态应力恢复得到扭转梁应力时间历程,并采用名义应力法进行疲劳寿命分析。基于网格变形技术建立扭转梁参数化模型并定义设计变量,以质量和疲劳寿命为优化目标,以一阶扭转模态频率和扭转刚度为约束条件,结合Kriging近似模型和多目标粒子群优化算法对扭转梁进行多目标优化设计,获取Pareto最优解集,并选取一个最优解验证扭转梁轻量化效果。结果表明,在使疲劳寿命满足设计要求的同时,优化后扭转梁质量减少20.35%,轻量化效果比较明显。     

基于Hanson噪声模型的螺旋桨气动与噪声优化设计

针对螺旋桨气动与噪声多目标优化设计问题,采用基于非均匀有理B样条的自由曲面变形方法对全桨叶进行三维几何变形。为节省优化计算成本,将RANS方法和Hanson模型相结合预测纯音噪声,其预测精度与耦合URANS方法的FW-H方程相当。在此基础上,采用Kriging代理模型与非支配关系排序遗传算法进行优化搜索,建立了螺旋桨气动与噪声多目标优化设计框架。采用该框架对某民航客机螺旋桨进行优化设计,优化以叶片不同展向站位的翼型扭转角和弦长作为设计变量。相比基础桨叶,在功率不增加的情形下,巡航构型风洞试验状态的轴向监测点噪声值最大下降约0.25 dB,在功率略有增加的情形下,噪声降低约1 dB。     

基于伴随方法的飞翼布局多目标气动优化设计

针对飞翼布局气动设计中的多目标多约束设计问题,开展了基于伴随方法的气动优化设计研究。构建合理的统一目标函数,并根据伴随方法基本原理推导了相应的伴随方程边界条件及梯度求解方程,采用N-S方程和伴随气动优化设计方法,进行了2种不同展弦比飞翼布局的跨声速减阻优化设计,优化结果表明:在满足气动、几何约束的前提下,飞翼布局跨声速激波阻力被很大程度削弱,证明了所发展的方法在飞翼布局多目标多约束气动设计上具有较高的优化效率和良好的优化效果。     

无副车架自卸汽车车架多目标轻量化优化

为了进行无副车架自卸汽车车架轻量化设计，本文应用有限元分析软件，建立无副车架自卸汽车车架有限元模型。对扭转工况下车架结构强度进行有限元分析，得到车架应力分布，并对车架进行模态分析，根据车架结构强度的有限元计算结果，对安全系数较高的结构件进行灵敏度分析，确定优化设计变量。采用最优拉丁超立方法进行样本采集，建立Kriging近似模型，以质量和最大应力最小作为目标，以一阶模态频率为约束，基于NSGA-II算法对自卸汽车车架进行多目标优化设计。优化结果表明，在保证车架模态频率的情况下，质量减小了15.55%,最大应力减少了1.55%。该优化方法满足设计要求，具有较好的轻量化效果。     

变弯翼型与增升装置多目标气动优化设计研究

针对二维增升装置低速起飞、着陆状态和变弯度翼型高速巡航状态下的高低速气动特性进行综合优化研究,发展了一种基于Kriging代理模型与多目标遗传算法的增升装置多目标气动优化设计方法。使用自适应下垂式铰链襟翼机构,通过襟翼与扰流板联动偏转来改善飞机的低速起降性能及高速巡航性能。将襟翼铰链位置、扰流板偏角和襟翼偏角作为设计变量,通过求解N-S方程来预测初始样本点气动力,利用Kriging代理模型分别建立起飞、着陆和巡航状态下设计变量与气动力之间的关系,得到多个高效气动力预测模型,最后使用多目标遗传算法在代理模型的基础上进行多目标气动优化设计。设计变量变化时计算网格的自动生成采用RBF(radial basis function)动网格技术来实现。基于搭建的高效全局多目标优化设计平台进行了高低速综合气动性能多目标优化,并对Pareto前沿面的多目标解集进行了多设计点校验与分析,筛选出了多目标并重的优化解。     

跨音压气机转子多目标气动优化设计

采用基于雷诺平均N-S方程的全三维流场模拟程序和基于多目标遗传算法的数值优化程序,对跨音压气机转子NASA Rotor37进行了优化设计。对所开发的三维N-S方程求解程序进行了实验验证,完善了多目标遗传算法与响应面方法相结合的具有全局寻优能力的优化程序,以总压比和绝热效率最大为设计目标,应用该优化方法对NASA Rotor37进行考虑中弧线和厚度分布的多目标气动优化设计。结果表明:在满足流量约束的条件下,绝热效率提高了0.7%,总压比提高了0.66%,并且优化设计时间大幅减小。     

轴流通风机的优化设计

为了提高轴流通风机的效率和降低噪音,用离散复合形法对轴流通风机的气动设计进行优化,采用主要目标法处理多目标优化问题.实例计算表明,用离散复合形法的优化设计比传统设计有较大优越性.     

弹性套柱销联轴器——多目标优化系列设计

本文采用线性组合法,探讨了弹性套柱销联轴器设计中的多目标函数的优化问题,编制了计算机的优化设计程序并进行了运算,获得了较为满意的设计效果。     

二级圆柱齿轮减速器的模糊优化设计

本文遵循二级圆柱齿轮减速器设计的一般原则,进行多目标优化设计。单目标优化用自编复合形法程序寻优。在单目标优化的基础上,应用模糊数学的贴近度概念进行多目标寻优。     

PVC多元复合热稳定剂体系的优化设计

采用线性多目标优化数学模型，对PVC多元复合热稳定体系的配方进行优化设计；此外，建立了β-氨基丁烯酸酯类稳定剂与脂肪酸钙、脂肪酸锌、环氧大豆油、亚磷酸酯、加工助剂A的组合多目标优化数学模型，研究结果表明：PVC多元复合稳定体系中β-氨基丁烯酸与脂肪酸钙协同效应最好，与脂肪酸锌协同效应最差；利用该模型进行优化设计获得的稳定剂间的效应与实验结果一致，且优化设计所需次数比采用目前常用的单纯形重心设计方法的实验次数少。     

基于SPEA2的参数化产品族优化设计

针对多目标优化算法的参数化产品族优化设计存在优化的效率及其有效性取决于算法优劣的问题,鉴于SPEA2求解多目标优化问题具有运算速度较快、稳定性较强、解分布均匀性较高等特点,研究了基于SPEA2的参数化产品族优化设计。将参数化产品族优化设计过程划分为两个阶段:第1阶段进行实例产品独立优化,基于设计变量的变异系数决定平台常量和可调节变量集合,并决定平台常量取值;第2阶段进行基于产品平台的产品族优化设计,获得实例产品的可调节变量取值。以通用电动机产品族优化设计为例,其优化结果表明,采用SPEA2求解时产品族的综合性能得到了较显著的提高。     

压缩弹簧的优化设计

确定进行弹簧的优化设计目标函数与设计变量、建立约束函数得出相应的约束方程，采用约束坐标轮换法进行优化设计。计算结果表明、优化设计的效果显著。     

基于响应面模型的跨音速转子叶片气动优化设计研究

为了提高优化设计效率,节约成本,将试验设计方法、响应面近似模型与遗传算法优化方法结合在一起应用于跨音速转子叶片气动优化设计中.首先采用拉丁超立方试验设计方法生成样本点构建目标函数的响应面模型,然后利用遗传算法对响应面模型进行目标寻优,并对优化解进行流场分析验证.为了验证方法的可行性,以NASA rotor37转子叶片前缘积迭线弯与掠优化设计为例,总压损失系数为目标函数进行单目标优化设计,优化后总压损失系数降低了0.528%,总耗时20h,算例结果表明基于响应面近似模型的优化设计方法可用于叶片气动优化中,提高了优化设计效率.     

反器材步枪应用弹簧液压缓冲器理论分析

采用优化设计和仿真的方法,寻求一种有效的反器材步枪低后坐力发射技术.得到了一组优化后的缓冲器结构参数和该组参数下的全枪动力学特性.采用弹簧液压式缓冲器可以大幅度降低反器材步枪发射时的后坐力,是实现反器材步枪低后坐力发射的一种有效技术途径.     

控制形状和变形的锻造预制坯多目标优化设计

以形状相对简单的单工序锻件为研究对象，基于刚粘塑性有限元的基本理论，以同时获得净形或近净形锻造和尽可能均匀的变形的最终成形件为优化设计目标，采用传统的黄金分割法，采用加权和的方式，对单工序锻件的毛坯形状多目标优化设计进行了研究．并以一轴对称锻件为例进行了毛坯形状的多目标优化设计，取得了满意的效果．     

整体式柔性机构的多目标可靠性拓扑优化设计

在用多目标连续体拓扑优化方法设计整体式柔性机构时,将材料弹性模量和外载荷视为随机变量,因而作为目标函数的机构应变能和交互势能亦为随机变量．采用一次二阶矩可靠性理论中的Hasofer-Lind和Rackwitz-Fiessler方法,推导了应变能与交互势能双模式串联时的系统失效概率的迭代计算公式,建立了一个整体式柔性机构多目标可靠性拓扑优化设计对偶数学模型,采用序列凸规划理论中的对偶算法进行优化求解．以反向器柔性机构设计作为仿真算例,结果表明,随着可靠性约束指标的增大,拓扑优化设计结果趋向保守．     

基于信噪比的多目标决策方法及其工程应用

求解多目标优化问题得到非劣解集后,为了确定出最终的设计方案,研究简单而有效的多目标决策方法十分必要。为此,提出了一种基于信噪比的多目标决策方法。该决策方法在多目标优化设计中引入稳健设计的思想,运用信噪比的概念在非劣解集中选择最稳健的设计作为最终方案。基于信噪比的多目标决策方法,不仅可以方便地对非劣解进行评价和排序,而且考虑到工程实际中误差的客观存在,具有较大的工程应用价值。文中采用某轻型飞机齿轮箱多目标优化设计作为算例,验证了采用该决策方法的必要性和有效性。     

离心泵叶轮的优化设计

针对离心泵的设计中存在的问题,探讨了应用优化理论进行叶轮设计的新方法,以效率和气蚀作为优化目标建立了离心泵叶轮的多目标优化设计模型。实例计算证明该方法是切实可行的。     

基于iSIGHT的薄壁方管抗撞性尺寸优化

针对薄壁方管的抗撞性尺寸优化问题,利用多学科设计优化软件iSIGHT集成HyperMesh和ANSYS／LSYNA,建立优化设计仿真流程及平台,运用拉丁方方法进行DOE分析与优化设计研究．在此基础上,建立Kriging近似模型,以比吸能最优为优化目标,采用多岛遗传算法对建立的近似模型进行优化,并在优化的过程中生成新的设计点更新近似模型,提高模型精度．优化计算过程表明,上述方法提高了优化设计的效率,最终优化结果不仅满足结构吸能的要求,也满足轻量化的要求．