基于响应面的三自由度超声电机定子设计优化

针对超声电机定子设计过程存在的定子设计模态与干扰模态分离不彻底、定子振动幅度小、定子振动时局部内应力较大等问题,提出了基于响应面模型的电机定子设计优化方法。首先,通过选取合适的定子设计尺寸作为变量,拉丁超立方抽样方法在设计空间内选取样本点;其次,对各样本点的组合得到的定子尺寸结构进行有限元分析,得到定子的模态和谐响应值从而建立定子的响应面模型;然后,利用遗传算法在响应面模型的基础上对定子进行优化;最后,使用有限元软件对优化前后的定子进行建模计算验证了优化结果的正确性。     

一种面内行波旋转超声电机的模态试验方法

为检验一种面内行波旋转超声电机定子结构动力学设计的优化设计方法,探讨了一类利用圆环面内弯振模态超声电机定子的模态试验方法.首先,分析了该面内行波旋转超声电机的工作原理;然后,基于有限元分析软件建立了电机的有限元模型,分析了其工作模态的特点;最后,结合PSV-300-B型激光扫描多普勒测振仪的测量原理,提出了通过测量圆环轴向振型识别该类型超声电机工作模态的测试方法.试验结果表明,该方法能够有效地检测出该面内行波旋转超声电机的工作模态,为利用圆环面内弯振模态的一类超声电机的模态试验和进一步优化设计提供了参考.     

一种新型大工作空间和解耦的微操作平台设计

为了实现空间微操作平台的大工作空间和解耦性,提出一种由差动式杠杆放大机构和导向机构组成的PPs运动支链,3个支链空间正交布置形成3维平动的3-PPs平台,并提出了一种能表征平台工作空间和解耦性的性能指标,采用响应面法对该性能进行优化。首先,采用有限元软件ANSYS建立参数化有限元模型,基于该模型得到平台的各性能指标值;然后,采用Plackett-Burman试验设计方法筛选对平台性能指标有较大影响的结构参数作为优化设计变量。采用中心组合设计方法选取试验样本点,计算各样本点对应的响应值,基于样本点建立反映各性能指标的响应面模型。反映响应面模型精度的评价指标R~2均接近于1,说明所建响应面模型能准确反映平台性能指标与参数之间的关系。最后,以平台解耦性能与工作空间为优化目标,强度为约束,建立其多目标优化模型,采用多目标遗传算法对其进行全局寻优得到Pareto解集。由Pareto解集可知,平台的解耦性与工作空间相互矛盾,权衡两个指标从Pareto解集中选取最优解。比较分析优化前与优化后的性能指标可知,平台解耦性指标减小了35.7%,工作空间增大了6.1%,说明所提出的性能指标和优化模型能满足空间微操作平台的设计要求。     

基于响应面法的升降机滚筒线支架轻量化设计

为了降低重量,减少成本,提高市场竞争力,基于响应面法对某型具有弯曲导轨的连续式升降机进料滚筒线支架进行了轻量化设计。采用中心复合试验设计方法进行样本点的采集,利用有限元数值模拟技术获取样本点的响应值。根据所得数据,构建了支架质量和最大等效应力的二阶多项式响应面模型,并进行了精度检验,验证了所构建响应面模型的精确性。以支架质量为目标,强度为约束,基于所构建的响应面模型,建立了支架轻量化设计数学模型,采用序列二次规划算法进行求解,并对优化结果进行了仿真验证。结果表明,优化后的支架强度满足要求,质量减少了11.7kg,减重率达42.5%,轻量化效果显著。     

大开孔耐压球壳优化设计

针对大开孔耐压球壳,为降低设计变量维数,采用灵敏度分析完成了设计变量的筛选,设计了参数化的大开孔耐压球壳极限强度求解流程,该流程可实现设计变量样本点的自动连续计算,采用响应面模型将试验设计样本点与响应值拟合得到了大开孔耐压球壳近似模型,建立了大开孔耐压球壳多目标设计优化模型,采用第二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行了该优化问题的求解,采用最小距离法确定了大开孔耐压球壳优化的设计方案,与初始设计方案相比优化设计方案优化结果明显,为大开孔耐压球壳设计提供了参考。     

面向直线超声电机定子机电耦合模型的研究

针对所设计的一台驻波型直线超声电机,利用分析动力学的Lagrange方程,采用振型假定法建立定子的机电耦合模型。运用该模型可以计算出该超声电机定子在特定模态下的模态质量、模态刚度等参数。利用ANSYS计算结果对该模型的计算结果进行了验证,并给出了实际电机定子的频率值。结合电机的摩擦模型,可预估出电机的性能,可实现该类型电机的设计、仿真一体化。     

响应面模型与混合优化算法相结合的锯片参数优化设计

针对传统算法在锯片声学特征优化中的局限性,提出了一种将二阶响应面模型与混合算法相结合的优化设计方法。在设计区域内应用D-optimal试验设计法抽取样本点,分别通过显式算法获取锯片声学、应力响应以及隐式算法获取锯片变形量,并用试验验证了数值模型的准确性,然后建立了由6个变量参数所决定的锯片的声学、应力以及刚度的二阶响应面模型;利用自适应模拟退火法和蛙跳混合算法对响应面模型进行循环逼近,获得了设计变量影响度以及最优结果。结果表明,在保证刚度和应力许可条件下,通过有限次数值分析,经全局优化后的最佳结构可降低空载噪声4~7dB。数字算例表明,该方法适用于旋转类刀具的声学性能优化设计。     

基于响应面法的风力机翼型气动优化设计

以某风力机翼型为研究对象,选择其设计点升阻比作为优化目标,采用基于均匀设计的响应面法对其进行气动优化设计。首先用B样条曲线对该翼型拟合并求其控制点,然后利用均匀试验设计方法建立计算试验样本点分布表并进行各样本点的CFD计算,最后建立响应面模型,进行优化设计,使设计点升阻比提高12.13%,而且在所有攻角下升力和升阻比都有所提高。算例表明,本文进行风力机翼型优化的方法节省时间,优化效果明显。     

振子齿对驻波型直线超声电机振动模态的影响

对一类直线型驻波超声电机振子的振动模态进行了系统分析，讨论了定子齿的位置、几何尺寸对直线型超声电机的固有频率、振型的影响，为该类驻波型直线超声电机的设计提供了理论依据。     

基于响应面方法的微型车车门模态分析与优化

应用灵敏度分析方法和响应面法,优化车门结构模态。建立车门的有限元数值仿真模型,并通过约束模态测试对仿真模型进行标定。对车门第三阶模态频率关于车门板件厚度的灵敏度进行了研究,筛选出高敏板件并以这些板件的厚度为设计变量,运用面心复合设计方法获取样本点,构建了车门第三阶模态频率的二阶显式响应面函数。基于此响应面函数进一步建立了优化模型,结果显示改进车门厚度后,车门和白车身模态分离,同时实现省材5.83%。     

机床床身结构优化设计方法

结合基于近似模型的尺寸优化及拓扑优化技术,提出了机床床身结构优化设计的策略.首先以床身结构的刚度和基频为设计目标,以床身内部横隔板间距及厚度、垫铁间距为设计变量,通过中心复合设计法生成实验所需的设计变量的样本点,对生成的样本点进行有限元分析得到样本点的响应,借助最小二乘法建立近似模型二阶响应曲面.采用折衷法建立多目标优化模型,并用遗传算法进行求解.在此基础上,采用密度法对床身结构进行拓扑优化.实例计算结果表明,优化后床身质量减轻了4.45%,而刚度提高了5.8%.     

动车组电机吊架多目标可靠性优化设计

为提高高速动车组电机吊架的承载能力,考虑几何参数的随机性,将响应面法和多目标遗传算法相结合对其进行可靠性优化设计.首先,对电机吊架进行静强度和位移灵敏度分析,找出设计变量;其次,对设计变量进行中心组合试验设计,根据试验设计点来拟合静强度和位移的多项式响应面模型;然后,将几何参数的随机性转化为可靠度,运用最小二乘法拟合可靠度函数方程作为约束条件;最后,运用多目标遗传算法对电机吊架进行可靠性优化设计.研究结果表明:响应面法与结构可靠性优化方法相结合,可以简化求解过程,提高优化结果的可靠度.     

V形直线超声电机定子的优化设计

介绍了V形超声电机的结构和驱动原理.利用有限元理论建立了具有复杂形状的V形超声电机定子的动力学模型,并对定子的动力学特性进行了求解.利用参数化语言APDL编程对电机定子进行相应的优化计算,优化了定子压电陶瓷的安装配置形式,提高了驱动端面质点的振幅.研究表明,优化后的定子结构满足了预期的设计要求,并且提高了计算精度和设计效率.     

永磁直线电机结构参数的DFSS和响应面法优化

在研究潜油直线电机的参数匹配过程中,提出了一种圆筒型永磁同步直线电机结构参数优化设计方法。基于一种六西格玛设计(DFSS)理念,结合数理统计理论,分析了气隙长度、定子轭厚度、齿宽、齿形角、主磁通永磁体有效长度、半闭口槽宽、极弧系数等参数对电机电磁推力及齿槽力影响。以增大推力及降低齿槽力为优化目标,采用2IV 7-3部分析因试验设计法,对电机主要本体结构参数进行筛选优化。分别筛选出了影响电磁推力和齿槽力的显著因子,并利用响应面法建立了相应的非线性数学模型。通过多目标遗传算法获得了Pareto最优解,得出最优结构参数组合。优化前后有限元仿真结果表明:平均电磁推力提升了28.83%,齿槽力降低了18%,推力及齿槽力波动显著减小;基于DFSS和响应面的优化方法用于研究潜油直线电机电磁结构参数优化是可行的。     

双转子永磁磁阻电机优化设计和分析

设计出一种双转子永磁磁阻电机,利用RMxprt模块建立电机二维有限元模型。对影响同步磁阻电机转矩的关键参数进行灵敏度分析,确定优化变量,对变量分层抽样并建立平均转矩和转矩脉动的克里金响应面模型,采用粒子群优化算法得到最优解集。最后通过仿真验证了优化方法的可行性,结果表明优化后的电机性能得到了改善,达到了优化目标。     

复合材料加筋结构的神经网络响应面优化设计

针对复合材料加筋结构优化设计的复杂性,提出利用人工神经网络结构近似分析响应面来反映结构设计输入与结构响应输出的全局映射关系的优化方法。通过正交试验设计选取合适的结构有限元分析样本点,进行神经网络响应面的构建和训练;将神经网络响应面作为目标函数或者约束条件,汇同其他常规约束条件完成优化模型的建立,并应用遗传算法(GA)进行优化,从而形成一套适应性强的的高效优化方法。以复合材料翼身融合体帽型加筋板的质量优化为实例,建立加筋板模型的重量响应面目标函数、强度和翘曲稳定性响应面约束条件;通过PATRAN/NASTRAN有限元软件进行有限元计算,获取用于响应面训练的样本点数值。算例结果表明,该方法能以很少的有限元分析次数取得高精度的响应面近似模型,并且使优化计算耗时大为减少,优化效率大大提高。     

基于加速度频响函数的改进响应面模型修正

为提高模型修正精度,将加速度频响函数引入到改进的响应面模型修正当中.首先分别采用模态参与度准则和有效独立法确定试验最佳激励点和测量点,然后根据待修正参数选取样本点,计算其对应的加速度频响函数,构造初始响应面模型;其次利用三倍方差准则,对预测值进行检验,剔除远离响应面的离群点;再优化初始响应面模型得到最优解作为新的样本点...     

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。     

海底松软地层取心钻头的设计与结构优化

针对于海底松软地层取心困难,设计了一种新型海底底喷取心钻头,并进行了陆地钻进试验,初步验证了钻头的可行性。利用CFD软件对钻头孔底流场进行数值分析,得出了冲洗液平均上返速度。同时利用ANSYS进行流固耦合仿真,分析了钻头在海底加压钻进时的受力情况。以冲洗液最大上返速度与钻头最大应力为设计目标,以钻头水眼、水槽、隔水间隙的尺寸为设计变量,通过中心复合设计法生成试验所需的设计变量的样本点,对生成的样本点进行有限元分析得到样本点的响应点,借助最小二乘法建立近似模型二阶响应曲面。采用折中法建立多目标优化模型,并用遗传算法进行求解。结果表明,冲洗液上返速度上升7%,钻头最大应力降低13%。     

基于虚拟仪器的直线超声电机机械特性测试

针对直线超声电机机械特性测试问题,建立了基于虚拟仪器的直线超声电机机械特性测试系统。设计了力与速度测试系统,为测试的直线电机提供加载,配置的压力传感器与直线型光电编码器分别用于电机输出力与速度的测量,利用虚拟仪器技术搭建了测试硬件平台。利用虚拟仪器编程语言LabVIEW对各个模块进行软件设计,以实现各自的功能。利用该系统对杆式直线超声电机和双变幅杆V形直线超声电机的机械特性进行了测试,测试结果证实该测试系统的可行性,为直线超声电机机械特性测试提供了所必需的条件。