基于物理规划与容差模型的压杆可靠性稳健设计

可靠性稳健设计本质上是一个多目标优化问题。物理规划法的偏好函数设计对数学模型有非常重要影响,为了使偏好区间的选择更加符合工程实际,文章将物理规划法与容差模型二步解法结合。第一步通过获取待优化目标函数的一般非稳健解信息,以此指导目标函数偏好函数的设计;第二步,构建以综合目标偏好函数为新的设计目标函数,将多目标优化问题转化为单目标问题,引入稳健设计变差影响,构建可靠性稳健设计模型;最后利用小生境粒子群算法对模型进行求解。以压杆稳定设计问题为例,验证了所提方法理论的正确性和可行性,表明该方法是解决工程构件可靠性稳健设计的一种实用有效的数值方法。     

基于多目标非耦合优化策略的可靠性稳健优化设计

以实现多目标问题的可靠性稳健优化设计为目标,通过对目标函数和约束条件进行灵敏度分析,生成目标函数和约束函数的灵敏度附加项,建立了基于灵敏度附加目标函数的可靠性稳健优化设计模型;基于独立公理,使用正交试验和方差分析技术确定设计变量对各个设计目标的影响程度,将设计参数按无耦合或准耦合设计形式分组,把多目标优化问题单目标化,避免多个设计目标之间的反复权衡;结合增广乘子法,应用MATLAB的优化和符号工具箱来实现钳形盘式制动器的可靠性稳健优化设计。算例表明,提出的稳健设计方法具有较高的精度和可靠度。     

并联机构敏感性分析和多目标优化设计方法

为了解决并联机构全局性能指标高计算成本引起的敏感性分析和多目标优化设计困难,提出了一种结合多项式响应面模型、基于方差的敏感性分析方法和智能优化算法的高效计算方法。首先,确定并联机构的目标函数和设计参数,增加节点密度以提高目标函数的计算精度,基于拉丁超立方体抽样方法和最小二乘多项式拟合技术建立全局目标函数与设计参数之间的响应面解析映射模型,并结合基于方差的Sobol’敏感性分析方法得到对目标函数有重要影响的设计参数。然后,结合敏感性分析结果简化设计参数并建立并联机构的多目标优化设计模型,包括目标函数、约束函数和设计参数,结合响应面模型与智能优化算法开展并联机构多目标优化设计。最后,考虑规则工作空间体积、运动学性能和动力学性能指标为目标函数,以DELTA并联机构为例实现了本文提出的方法。优化前后的结果对比证明了算法的有效性。     

双圆弧齿轮传动多目标稳健优化设计

为了提高复杂约束条件下双圆弧齿轮传动的设计质量和速度,通过算例,采用粒子群优化算法对其进行约束多目标优化设计,求出满足约束条件的Pareto解集。考虑工程实际中误差的客观存在,进行了4因素13水平的均匀试验设计及望目特性的信噪比计算,在此基础上,依据多目标稳健优化设计原理在Pareto解集中选择最稳健的设计做为最终方案。分析了结果方案中目标函数(体积函数和相对曲率半径函数)对各个设计变量的灵敏度,得出了目标函数最为敏感的因素及各因素对目标函数的影响程度,用于指导公差的制定和实际加工制造。     

基于MATLAB的行星轮系优化设计

针对行星轮系的常规设计流程常规设计的不足,以行星轮系体积最小为设计目标,确定目标函数与约束函数,建立最优设计的数学模型。根据所建立的数学模型,采用MATLAB优化工具箱中的fmincon优化函数编制相应的M文件并运行得到优化的设计参数,减小了行星轮系的体积,提升了设计的质量。     

带传动设计的优化研究

传统的带传动设计方法整体效率较低。采用优化设计理论,对带传动设计进行了数学建模,以小带轮直径和带基准长度为设计变量的目标函数,以强度、带速、包角为要求的约束条件,通过建立目标函数集和权重集,使用叠加法得出了评价函数。     

曲柄摇杆机构的综合优化设计

在给定摇杆最大摆角的情况下,分析了行程速比系数和最小传动角与杆长的关系。采用多目标函数优化设计方法,分别建立了行程速比系数的隶属目标函数、最小传动角的隶属目标函数,总体尺寸的隶属目标函数,最后按行程速比系数最大、最小传动角最大、总体尺寸最小建立总目标函数对曲柄摇杆机构进行优化设计。     

微型轴承多目标优化设计

采用以振动、摩擦力矩和额定动负荷为目标函数的微型轴承多目标函数优化计,替代仅追求额定负荷或寿命要求的单目标函数微型轴承优化计,使微型轴承的设计更加合理,更加符合实际应用的需要。文中建立了多目标函数优化设计的数字模型和优化模型,并用随机的约束优化法对608ZE微型轴承进行多目标函数优化设计。     

高速重载齿轮传动多目标优化设计研究

针对高速重载工况,以齿轮传动的动载系数和齿面接触应力为优化设计目标函数,齿轮基本参数为设计变量,建立了圆柱齿轮传动的多目标优化设计数学模型,分析了设计变量对齿轮传动接触强度和弯曲强度的影响,采用线性加权法求解了齿轮传动的多目标优化问题.结果表明,以动载系数和齿面接触应力为目标函数的多目标优化设计与以最小体积为目标函数的单目标优化设计相比,优化后的动载系数和齿面接触应力更小,达到了减小系统振动和噪声,提高齿轮传动的承载能力的目的,为高速重载齿轮传动设计奠定了基础.     

滚齿切削参数多目标优化系统设计

结合滚齿切削的特点,在最高生产率目标函数和最低生产成本目标函数的基础上，设计了滚齿切削参数多目标优化系统。该系统采用增广乘子法实现其切削参数的优化设计，并引入参数定制的思想,减少了参数的输入,提高了工艺人员的工作效率。     

基于MATLAB的高次多项式凸轮型线优化设计

动力凸轮型线的设计十分重要,以高次多项式凸轮型线为例,在基于丰满系数和磨损设计多目标函数情况下,利用MATLAB及其优化工具箱(optimization toolbox)对目标函数数学模型进行优化求解。应用MATLAB的优化函数提供的强大计算功能,确定了凸轮型线高次五项式函数中的系数,并能快速找到目标函数的优化值。显著提高了型线优化设计的速度和精度,还可根据实际情况灵活地调整权重系数W1和W2的值的大小,计算方便快捷。在与传统设计方法比较结果表明,经优化设计,提高了动力凸轮的丰满系数,降低了凸轮型线的磨损。     

基于MATLAB的机床主轴结构优化设计

介绍了机床主轴的结构,建立了以质量最轻为目标函数的优化模型,运用MATLAB优化工具箱中的fmincon函数对其进行优化设计。通过对已有的机床主轴实例进行优化求解和分析,对比优化前后的数据信息,表明优化之后的机床主轴质量更轻,且编程简单,设计效率高。最后绘出了实例的各设计变量和目标函数之间的关系图,并对MATLAB求优的特点进行总结。     

基于性能稳健偏差的区间型参数稳健设计优化

提出了基于系统性能稳健偏差的稳健设计优化方法。该方法针对区间型参数非梯度性能函数的稳健设计问题，应用性能稳健偏差概念评估目标性能函数和约束性能函数的稳健性，形成了三层次稳健设计优化模型：①搜索优化设计点；②迭代策略搜索设计点的目标函数和约束函数的稳健偏差；③优化寻求给定性能偏差所对应的稳健性指数。该方法可获得同时满足约束条件和目标值稳健性要求的优化设计，并输出目标值及其稳健偏差。用三杆桁架结构稳健设计优化说明了该方法的用法和特点。     

锻造预成形多目标优化设计的研究

采用有限元灵敏度分析方法，首次对锻造过程预成形进行了多目标优化设计研究。多目标包括锻件的形状及其变形均匀性两个方面，优化设计的目标是使锻件的形状和变形均匀性综合性能最好。提出了新的无量纲的锻件形状子目标函数和变形均匀性子目标函数，并给出了总目标函数和各子目标函数的表达形式，并详细推导了各目标函数相对于优化设计变量的灵敏度。应用该方法对截面为H形的轴对称锻件进行了预成形优化设计，取得了良好的效果。     

平面二次包络环面蜗杆传动多目标优化设计

平面二次包络环面蜗杆传动优化设计，通常以蜗轮齿固体积最小或以传动副性能最优为目标函数。为了兼顾该型传动副的性能和制造成本，以前述两种目标函数作为多目标优化设计的目标函数分量，建立了平面二次包络环面蜗杆传动多目标优化设计的数学模型，并用Matlab优化工具箱对模型进行了求解。     

旋耕机传动参数的多目标算法

传动参数是旋耕机总体参数的重要组成部分。首先介绍了中间箱和侧边箱体积目标函数,根据目标函数的特点和旋耕机传动参数设计的要求,提出了多目标优化设计问题,并以此为基础,采用离散法优化旋耕机的传动参数。     

基于相对差商与序列两级算法的离散变量结构优化研究

针对离散变量结构优化设计中存在的NP问题,提出了相对差商-序列两级混合优化设计思想,建立了混合优化数学模型.在可行集外由目标函数最小点出发,沿目标函数增加最小、约束函数降低最多的方向逐步搜索,通过整体与局部两级约束划分,提高了收敛速度与全局搜索能力.比较结果表明,该方法在解决一类目标函数与约束函数具有单调性质的离散变量优化问题中,具有很好的可行性.     

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     

基于自适应权值粒子群算法的滑动轴承优化设计

针对电机轴承的优化设计问题,选用自适应权值粒子群算法（Adaptive Partical Swarm Optimization,APSO）,以轴承宽径比、轴承相对间隙以及润滑油动力黏度为设计参数,根据润滑特性计算得到的范围,采用合理约束条件,确立承载能力、轴承功耗以及轴承温升为目标函数,在分别进行单目标函数优化后,采用加权方法建立多目标函数模型进行优化设计。将得到的优化设计结果与常规设计结果相比,发现采用智能算法优化设计得到的轴承性能得到了显著提高。该优化设计方法相比于常规设计方法,避免了经验设计存在的设计盲目性,对于后续轴承的设计特别是结构设计可以提供较好的指导作用。     

2K-V型摆线针轮减速机的优化设计

讨论了2K-V型摆线针轮减速机的结构和传动特点,以行星齿轮模数m、行星轮齿宽度b、短幅系数K1、针齿分布圆直径Dz、摆线轮宽度B和针齿直径dz为设计变量,以2K-V型摆线针轮减速机传递单位功率下质量最小为目标函数,建立了6个设计变量、一个目标函数和12个约束条件的2K-V型摆线针轮减速机优化设计数学模型。然后运用复合形法对目标函数进行了优化求解,并对求解结果进行了分析,设计结果对2K-V型摆线针轮减速机的设计制造具有一定的实用价值。