V带传动轮系的优化设计

用简便的协调关系法将V带传动轮系的多日标优化设计问题转换成一个单目标优化设计问题。考虑问题所牵涉到的多个互相矛盾不可公度的目标函数,根据不同的工程要求,结合实践经验和计算经验确定各个目标函数的加权协调系数,然后将其表示为一个单目标优化函数;工程条件对系统的要求和相关限制,以约束函数的形式给出。最后,用直接方法求出问题的综合最优解,并通过计算证明,对于不同的工程目标和具体要求,综合最优解可以有不同的取值。该方法克服了常规算法既复杂又繁琐的缺点,简便、实用、易于推广。该优化计算结果已用于某机械厂的振动测试台设计,效果令人满意。     

基于禁忌搜索算法的电磁场逆问题鲁棒优化设计

为了综合分析优化解的性能,讨论了参数不确定条件下电磁场逆问题的鲁棒优化性。分析了鲁棒优化设计方法,研究了鲁棒期望适值函数关键参数的估计方法。以寻求鲁棒最优解为目标,应用改进的禁忌算法,基于鲁棒性能期望适值函数,求解了典型数学问题和工程设计问题。通过计算比较叠加扰动最优解条件下的目标函数值偏差,其结果表明,该研究算法能够快速有效地搜索到鲁棒最优解。     

NSGA-Ⅱ算法在多层共挤吹塑装备中的应用

采用带精英策略的快速非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ,简称NSGA-Ⅱ)对所设计的FPGA(Field-Programmable Gate Array)张力控制系统进行多目标优化。由于传统多目标优化问题通过加权方式转换为单目标问题,对权值比较敏感,且每次只能得到一种权值下的最优解。NSGA-II算法能够避免传统加权求解时权值的选择和解的偏好性。首先,以PID控制器参数、张力为目标函数,提出一种用于多层共挤吹塑装备的多目标优化模型。其次,将NSGA-II的交叉算子进行改进,提高全局的搜索能力。算例测试结果表明,该优化方法不仅能找到符合各优化目标的全局最优解,得到理想的Pareto解集,而且能够对FPGA张力控制过程实现有效优化,所提方法可应用于多层共挤吹塑装备中。     

基于遗传算法的凸轮柱塞泵流量脉动分析及优化

精密仪器中使用的凸轮柱塞泵在运动过程中,双柱塞交替推动液体时流量不稳定,容易产生脉动。通过分析得知其根本原因是形成凸轮轨迹曲线误差比较大,使得柱塞杆在轨迹曲线过渡处运动不平稳。为解决流量脉动的问题,提出一种用于优化凸轮轨迹曲线的INGAS遗传算法。首先通过多目标优化建立目标函数,确定优化目标之后,再进行初始化种群及编码,并采用等式约束条件处理得到一个最优解;然后利用局部搜索的方法把最优解作为一个初始值,建立一个评价函数,再次进行局部搜索并且采用线性加权法进行计算,从而得到最终的优化结果。为了验证遗传算法计算出的结果的准确性,搭建了凸轮柱塞泵的测试平台,使用国外先进微型流量计测试流量的脉动。该实验平台可以实时反馈流量的变化数据,并且以曲线的形式反应出优化前后的不同数据。经过测试,优化后的流量脉动及脉动率明显比优化前的小,满足产品的使用需求。     

基于模糊数学的稳健设计

稳健优化设计中存在多个设计目标，以及目标最优和目标波动需要同时满足的多目标问题，由于量纲和数量级的差异，无法用简单的加权组合来获得全局最优解。介绍了基于模糊数学的稳健优化设计方法，利用隶属函数和贴近度，得到满意的全局最优解，并且通过实例证明了该方法的有效性。     

公铁两用车NGW型减速器多目标可靠性优化

针对公铁两用车减速器多目标可靠性优化问题,首先要保证电动轮行星齿轮减速器工作状况良好,载荷条件满足传动要求。应用可靠性理论和优化设计技术,使得减速器质量减轻、材料节省、成本低,安全性能和可靠性提高。采用MATLAB优化工具箱来解决减速器的优化问题,将体积与重合度作为多目标优化函数,通过线性加权法把多目标优化问题转化为单目标问题来求解,利用安全系数法等约束要求建立数学模型。利用Fmincon函数进行优化计算分析得到最优解,使得优化设计参数比原设计参数更加合理,结果表明,提高了公铁两用车电动轮的工作性能。     

基于遗传算法的最大似然参数优化估计

用最大似然法进行参数优化估计时,为了避免常规优化算法由于受迭代初值的影响不易收敛到全局最优解的缺点,文中采用遗传算法,不再需要估计优化变量的初始值即可获得全局近似最优解。建立以似然函数为目标,求其极大值点即可确定参数最优解的优化模型。为了更好地确保遗传算法获得全局最优解,在传统遗传算法的基础上采用尺度变换适应度函数、并行操作、保留最优个体等方法,进一步保证方程解的精度。最后以威布尔分布为例进行参数估计,结果表明,改进的遗传算法可以在求解效率和收敛性能上达到较好的平衡,能更好地将优化方法与最大似然估计法相结合。     

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。     

基于遗传算法的机械零部件可靠性优化设计

以发动机气门弹簧为例,考虑设计参数的离散性,建立了以部件可靠度为目标函数的数学模型,确定了设计变量、目标函数及约束条件,使用遗传算法通过选择、交叉和变异等操作使种群逐代进化,同时以全局并行搜索来优化群体,利用遗传算法进行优化运算并得到了全局最优解.设计结果表明:使用遗传算法可以有效地解决非线性和离散性的优化设计问题,能够得到全局最优解,既可保证优化结果,又提高了优化效率;该优化方法合理有效,能够解决非线性约束条件下的优化问题,是对现代机械可靠性优化方法的丰富,可广泛应用于机械零部件的优化设计.     

K-S函数在多目标优化中的应用

提出了一种将约束优化问题转化成无约束优化问题的新技术 ,并在此基础上提出了一种新的多目标优化算法 K- S法。该算法通过 Kreisselm erier- Steinhauser函数构造出标准化目标函数、行为约束函数的包线 ,通过求包线的无约束极值而求解出原多目标优化问题的解。该蒜法无需取加权因子 ,也无需对种目标函数进行分离优化 ,并且设计初始点选择不受限制。本文最后给出了一个典型的多目标优化算例 ,结果令人满意     

基于水平集方法的结构可靠性拓扑优化

基于水平集方法,建立以水平集函数为优化变量、结构柔度极小化为目标、具有可靠性约束的结构拓扑优化模型,并提出一种基于可靠性的结构拓扑优化算法。首先,采用计算效率高的一次二阶矩法进行可靠性分析,编制计算可靠性指标的最优化方法。然后,根据结构可靠性指标的几何意义,优化求解符合可靠性约束的随机变量。将修正后的随机变量作为确定性变量进行结构拓扑优化设计,使基于可靠性的结构拓扑优化模型转为常规的结构拓扑优化模型,采用稳定、高效的水平集方法进行结构拓扑优化。最后以悬臂梁结构的可靠性拓扑优化为例,说明文中所提算法的简便性与有效性。     

基于改进粒子群算法的供应商参与可靠性设计优化

研究供应商参与下的汽车产品子系统可靠性设计的优化问题,考虑供应商参与产品设计的可信度因素,建立以最大化系统的可靠度和供应商的可信度为优化目标的多目标数学规划模型。通过加权的方法把多目标优化模型转化为单目标非线性整数规划模型。采用粒子群(Particle swarm optimization,PSO)算法进行求解,提出适用于“零部件—供应商”关系的离散粒子编码方法。设计带有自适应动态惩罚项的适应度函数,把优化问题转化为无约束优化问题,并将粒子的搜索范围扩展到近可行解空间,进而较好地改进了算法的搜索速度和收敛性能。以某中级轿车传动系统零部件可靠性设计的优化问题为实例,进行仿真研究,应用质量功能展开和模糊评判的方法生成了零部件的权重和供应商可信度初始数据值,仿真结果验证了所提出PSO算法的实用性和有效性。     

运动机构强度可靠性优化设计

研究的目的是建立一种运动机构强度可靠性优化设计方法.在用基本杆组法进行机构运动分析和动力分析的基础上,分别以构件材料强度、密度、截面尺寸为随机变量,机构质量为目标函数,可靠性指标为约束函数,构件截面尺寸为设计变量,将传统优化设计与可靠性分析相结合,建立基于基本杆组法运动机构强度可靠性优化设计的均值模型.以曲柄滑块机构为例,用一次二阶矩法进行实例仿真,得到设计变量的最优解.     

基于神经网络和分解技术的叶片强度可靠性设计及敏感性分析

考虑随机因素的影响对叶片进行可靠性设计和敏感性分析是叶片高可靠性工作的要求．当叶片结构响应为随机变量隐性函数时,无法采用常规可靠性设计方法求解随机设计参数．以某实验台汽轮机等直叶片为研究对象,提出了基于有限元、神经网络和分解技术的可靠性设计方法,将有限元和神经网络相结合,成功构造出功能函数与随机输入变量之间的近似解析表达式;运用分解技术,将求解随机设计变量的全局优化问题分解为简单的主问题和子问题,通过子问题直接调用标准优化工具箱得到可靠性指标并运用分解迭代技术对主问题求解从而得到随机设计参数．此外,该方法不需额外计算就可得到目标可靠性指标对各随机变量的敏感性,从而定量地判断出输入变量（变量的均值或变异系数）对可靠性指标的影响程度．该方法成功解决了叶片结构响应为随机变量隐性函数时的可靠性设计问题,数学描述简单并可直接应用标准优化程序,降低了工程难度,具有较好的应用价值．     

基于鲁棒性的概率优化设计在薄壁构件耐撞性中的应用

汽车结构的耐撞性及碰撞吸能优化是现代汽车工业重要的研究内容。耐撞性的优化涉及材料与结构的众多参数，传统的确定性优化设计、碰撞仿真及实验往往只能在一定程度上改善结构的碰撞性能，而无法评估设计参数的可靠性和目标函数的鲁棒性，以及在给定可靠性约束条件下使目标函数的鲁棒性达到最优状态。将实验设计、响应面模型和蒙特卡罗模拟技术相结合，构造了基于产品质量工程的6σ鲁棒性优化设计方法，实现了对设计目标的优化，并提高了设计变量的可靠性和目标函数的鲁棒性。     

隐式功能函数结构体可靠性拓扑优化

考虑工程实际中外载荷、材料属性等的随机不确定性对结构安全性的影响,研究了具有结构位移可靠性约束的拓扑优化设计。建立以柔度最小为目标、以单元相对密度为变量、具有材料体积分数约束和结构位移可靠性约束的拓扑优化数学模型;针对运用有限元数值计算方法时结构功能函数为隐式的情况,运用响应面法近似逼近结构真实的功能函数;利用简便高效的一次二阶矩法计算结构位移可靠度;采用内循环为确定性的拓扑优化、外循环控制结构材料体积分数的策略对连续体结构进行可靠性拓扑优化设计。通过两个算例与确定性拓扑优化结果进行比较,结果表明所提设计方法是高效可行的。     

A Study for robustness of objective function and constraints in robust design optimization

Since randomness and uncertainties of design parameters are inherent, the robust design has gained an ever increasing importance in mechanical engineering. The robustness is assessed by the measure of performance variability around mean value, which is called as standard deviation. Hence, constraints in robust optimization problem can be approached as probability constraints in reliability based optimization. Then, the FOSM (first order second moment) method or the AFOSM (advanced first order second moment) method can be used to calculate the mean values and the standard deviations of functions describing constraints and object. Among two methods, AFOSM method has some advantage over FOSM method in evaluation of probability. Nevertheless, it is difficult to obtain the mean value and the standard deviation of objective function using AFOSM method, because it requires that the mean value of function is always positive. This paper presented a special technique to overcome this weakness of AFOSM method. The mean value and the standard deviation of objective function by the proposed method are reliable as shown in examples compared with results by FOSM method.     

封闭行星齿轮传动系统的稳健可靠性优化设计

利用稳健可靠性优化设计方法建立了封闭行星齿轮传动的数学模型,包括设计变量、目标函数和约束条件的建立。最后运用遗传算法求得封闭行星齿轮的稳健可靠解,并对其结果进行了分析。     

HZT型工程机械行星减速器可靠性优化设计

运用可靠性优化设计理论,充分利用传动的设计信息,建立了以减速器体积最小的目标的可靠性优化设计概率模型,采用网格枚举法寻优,用C语言与FoxBASE数据库管理系统混合编程,对HZT型工程机械行星减速器进行可靠性优化设计,不仅取得了减速器的重量指标比常规则优化设计更优的结果,而且定量地回答了产品在运行中的可靠性。     

Matlab优化工具箱在齿轮传动设计中的应用

Matlab优化工具箱具有强大的科学计算能力,在工程设计领域得到了广泛的应用。以齿轮传动可靠性为基础,合理设置目标函数和约束条件,以齿轮中心距最小和齿宽最小双目标函数建立了数学模型,利用Matlab优化工具箱进行编程计算。实例证明,使用Matlab优化工具箱进行优化设计,不仅可以提高计算精度,而且可以减少计算时间,此方法简单实用,易于设计人员掌握,因此在工程设计领域有较强的实际应用价值。