蠕变时效成形工艺参数多目标优化

提出了一种综合运用试验设计、响应曲面法及多目标优化的工艺参数优化方法,以成形效率和时效后材料的屈服强度为试验指标,以时效温度、时效时间和应力为试验变量,按Box-Behnken试验设计方案进行试验;利用试验结果构造试验指标和试验变量间的响应曲面并对其分析;结合响应曲面建立多目标优化模型;运用基于动态目标加权的具有量子行为的粒子群算法得到Pareto最优解集;提出一种最小归一化距离选解法,从非劣解集中选出最优解,得到综合最优工艺解187.9℃、6.42 h、250 MPa。按优化前后的工艺参数进行单曲率蠕变时效成形试验,相比优化前,成形效率由14.0%提高到19.4%,屈服强度由442.354 MPa提高到451.786 MPa,两个目标同时得到了优化,验证了工艺参数优化方法的有效性。     

基于响应曲面法的煤油发动机气门正时优化

利用基于仿真的响应曲面优化方法,对改型的煤油活塞发动机气门正时多目标优化问题进行了研究。建立了发动机性能仿真模型,以进气/排气正时、点火提前角为优化变量,以提高有效功率和降低燃油消耗率为设计目标进行了响应曲面优化。分析结果表明：相对于原汽油机,改型的煤油机进气门开启时刻要推迟,排气门关闭时刻要迟后,并且要提前一定的点火提前角,以得到最佳的发动机性能;同时,应用响应曲面法可以提升仿真优化的效率。     

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%.     

复合环境试验夹具灵敏度分析及多目标优化设计

提出了一类振动-加速度复合环境试验夹具结构的灵敏度分析及多目标优化的原理与方法。首先利用响应面法及数据拟合理论得到夹具结构的各个单目标响应公式,并计算求出响应公式对每个设计变量的灵敏度。利用约束非线性优化理论,引入约束条件,求出各个单目标响应优化结果。最后,采用目标重构法将各单目标响应耦合,在约束条件下进行搜素寻优,得到夹具结构响应多目标优化结果,并对优化效果进行了对比。实例结果表明,该方法是夹具结构设计的一种简单、有效、实用的多目标优化方法。     

基于ANSYS的浮空器组阵结构屈曲分析及优化设计

针对空间太阳能电站地面演示系统,提出了一种空间大型浮空器组阵结构,利用ANSYS有限元软件建立其桁架结构的三维模型并进行结构屈曲分析,判断桁架结构的稳定性.以第1阶临界屈曲载荷为约束条件,对桁架梁截面的型材进行尺寸结构优化.通过响应曲面分析和多目标遗传优化算法找到设计优化点,使优化后的桁架结构在保证结构稳定的前提下实现...     

地铁列车转向架静载试验台横梁多目标驱动优化分析

在满足转向架静载试验台刚度和强度技术要求的前提下,采用响应曲面分析方法对试验台横梁结构进行多目标驱动优化分析,通过响应曲面,寻求最优设计方案。通过多目标驱动优化分析,在保证强度和刚度的前提下,实现质量最小化设计。分析证明,通过优化,横梁质量由617.17 kg降低到525.54 kg,而安全因子由2.17提升为2.23,满足设计要求且达到质量最小化、减少成本的目标。     

基于响应面的轿车主减速齿轮多目标优化设计研究

为获得某轿车主减速齿轮尺寸参数对其啮合性能的影响,利用显式有限元法得到齿轮啮合响应参数,基于Kriging模型构建齿轮啮合响应参数应对齿轮尺寸参数的响应面模型。以齿根弯曲应力、齿面接触应力和齿轮副体积为目标函数,利用NSGA-Ⅱ多目标优化遗传算法实现了主减速齿轮参数优化,得到最优参数解集。优化后的主减速齿轮啮合应力水平明显降低。     

类方形蜂窝夹芯胞元尺寸的等效力学性能与优化

为了提升类方形蜂窝等效力学性能，在推导了其尺寸参数与等效力学性能的函数后，将尺寸参数作为设计变量、等效力学性能为优化目标，建立了类方形蜂窝夹芯胞元优化数学模型，采用了多目标遗传算法进行优化设计。给出胞元尺寸单参数响应及多尺寸协同作用的响应分析并从多目标优化代表性解中选取到最优解。优化结果得到：当夹芯胞元尺寸参数l/t取114.3899、l/h取0.9598时，等效密度增加59.52%,y方向等效弹性模量减小了67.37%，但x方向等效弹性模量增大了109.77%，等效剪切模量增加了421.94%，类方形蜂窝夹芯的等效力学性能显著提升。研究结果对类方形蜂窝夹层结构的优化设计提供一定的依据和参考。     

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。     

气体淬火工艺参数多目标优化方法

以平面应变问题气体淬火过程为研究对象,提出区域表面传热系数模型,根据此模型选择5个设计量进行5因子5水平中心复合试验设计.将设计的变量代入自行开发的淬火过程有限元分析软件进行计算,得到拟合变形程度、表面平均等效残余应力、平均表面硬度和表面硬度标准差的响应曲面公式.以变形程度、表面硬度和表面等效残余应力等为目标,建立多目标优化函数,并对多目标优化函数进行非线性优化.将优化结果代入淬火过程有限元模拟软件进行计算,并比较优化前后的数值.结果表明:用优化后的工艺参数进行淬火,可以提高零件的淬火质量,优化后各项指标均得到提高.     

气动Stewart平台结构参数的多目标优化

6 6Stewart平台的结构参数对平台的运动空间和精度有重要影响。本文在对工作空间和灵巧度的各影响因素进行分析的基础上,提出一种通过搜索不同的上、下平台半径所形成的工作空间,得到平台尺寸与工作空间和灵巧度的关系曲面,进而采用线性加权和法将多目标优化转化为单目标优化的方法,以期在已有的气缸结构尺寸下,寻求较好的工作空间和灵巧度指标,实现平台的结构参数的优化。     

基于响应面分析法的龙门式折弯机轻量化设计

针对一款龙门式80000kN折弯机,为使设计的机身满足材料要求,利用有限元分析软件ANSYS Workbench15.0对其三维模型进行静力学分析。为进一步避免出现结构笨重、安全系数太大的传统问题,根据分析结果设计结构优化方案,将折弯机工作台两个侧板、顶板及两个底部支撑板进行参数化建模,基于响应面优化方法,建立数学模型,以折弯机的整体重量最小为目标函数,以折弯机的最大变形和最大应力为约束条件,将相应结构的尺寸设为优化变量,对折弯机进行轻量化分析。结果得到基于中心复合设计的30组优化设计点以及变量间的相关三维关系曲面图等,最终使折弯机整体重量减少了16748.2kg,并且其应力和变形仍满足约束条件,优化效果显著。     

气浮转台转子结构参数对变形的影响研究及优化设计

为了减小气浮转台在加工尺寸较大的零件时的变形,对转子的各几何参数进行了灵敏度分析.首先了利用Work-bench 中 Static Structural分析出初始设计尺寸下气浮转台的变形量以及应力大小,然后再利用响应曲面优化分析工具(Response Surface)求出所有几何设计尺寸对气浮转台变形量的灵敏度的大小,选出灵敏度较大的尺寸进行优化设计,并最终确定了一组最佳尺寸.对优化后的尺寸进行有限元分析,其变形量得到了明显的减小,最大变形量由13.02μm下降到了 2.98μm,最小变形量由10.39μm下降到了 0.55μm.     

面向多目标满意度的分动器与整车匹配优化

以分动器为研究对象,建立以体积最小,原地起步加速时间及燃油经济性相结合的多目标满意度函数。基于响应曲面法和遗传算法,运用Matlab软件编写了分动器多目标满意度优化程序,得出了优化结果。通过AVL-Cruise虚拟试验软件仿真,得出优化前后原地起步加速时间和燃油经济性结果。结果表明:基于多目标满意度方法下,以体积最小和燃油经济性为重点优化对象,得到在体积与燃油消耗率明显减少的情况下,汽车原地起步加速时间增加0.52 s的优化方案,为分动器与整车的匹配提供了理论依据。     

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%。     

基于尺寸优化的电铲斗杆轻量化设计

斗杆是电铲工作装置的重要组成部分,降低斗杆的质量对提高电铲的运行性能具有重要意义。为了减轻斗杆的质量,提出Ansys Workbench响应面分析法对电铲斗杆优化设计。为了达到电铲斗杆轻量化,运用UG对电铲斗杆进行建模,以斗杆最小的质量为设计目标,对斗杆进行静力学分析并采用多目标优化方法得到电铲斗杆有限元模型的最优设计方案。在保证斗杆应力和形变的条件下,最终优化后的斗杆质量减轻了4.13%。同时,对尺寸优化前后的斗杆模型静力学结果进行了比较,结果满足电铲斗杆的设计要求。     

主从机械手手爪设计与优化

根据核电站使用机械手高可靠性要求,提出了手爪连杆机构设计方案。该方案采用钢丝绳拉动四边形连杆机构实现抓举动作。针对该方案,提出以机构的最优力传递性能作为目标,通过Matlab计算确定连杆最优尺寸。按照功能性和轻量化要求,完成整个手爪的结构设计。经过Workbench对机构强度进行有限元分析,运用子模型分析法得到精确的最大应力值,结果为该值超过了材料的许用应力,对外臂尺寸进一步尺寸优化。运用响应曲线法得到优化参数与优化目标之间的关系,据此得到最优参数。经过优化后的手爪满足了设计要求。通过这种设计方法设计出一种尺寸合理,结构可靠的机械手爪,并缩短了设计周期。     

一种兆瓦风电齿轮箱前机体结构轻量化设计

以经验为主导的传统齿轮箱箱体的设计方法已逐渐无法满足大兆瓦风电齿轮箱的设计要求。基于此,利用拓扑优化和尺寸优化方法,以轻量化设计为目的,在提高强度和保证刚度的条件下对风电齿轮箱前机体进行结构优化设计。前机体的有限元分析表明,有必要对其结构进行优化设计;基于多位置工况建立前机体的静动耦合拓扑优化模型,根据拓扑优化传力路径获得概念模型;采用响应曲面法对概念模型的关键尺寸进行优化设计,通过筛选法得到最优尺寸。对优化前后前机体的性能进行比较,质量减少12.79%,第一主应力基本不变,刚质比提高7.19%,实现了结构轻量化的目的。     

基于稳健性和多目标优化的车顶结构轻量化设计研究

针对国内外顶结构轻量化的研究多是单目标优化,且没有考虑不确定性因素影响的问题,提出了一种基于多目标优化和6σ稳健性设计的车顶结构轻量化设计方法。通过参数试验设计进行了灵敏度分析,筛选出了对车顶响应贡献量较大的结构件厚度作为设计变量;采用最优拉丁超立方设计和响应面法建立了车顶各响应的近似模型;以设计变量总质量、覆雪强度、抗凹性能为优化目标,前三阶模态频率为约束条件,基于近似模型,运用第二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行了确定性多目标优化,得到确定性多目标优化结果;运用蒙特卡洛模拟技术对确定性多目标优化结果进行了6σ质量分析,并进行了6σ稳健性多目标优化。优化结果表明,车顶结构在满足各性能要求的情况下实现了轻量化,质量减轻3.77 kg,且覆雪强度提高,同时车顶结构各工况性能的稳健性提高,达到6σ质量水平。     

车载雷达平台的优化与仿真

研究了雷达平台的优化方法,通过尺寸优化、形状优化分析获得平台的结构形式;分析了平台梁截面尺寸对平台抗弯强度和抗扭强度的影响,采用达尔斐法将平台抗弯强度和抗扭强度的多目标优化问题统一到一个目标函数中,并通过MATLAB仿真平台对雷达平台进行多约束的尺寸优化,获得最优的平台结构尺寸,并建立平台的有限元模型对其优化结果进行仿真,验证优化结果的正确性.