不确定性设计优化理论与方法研究

系统地开展了不确定性设计优化理论与方法研究,定义了设计不确定性、设计稳健性和设计可靠性等概念,阐述了不确定性设计优化理论体系框架,建立了不确定性设计优化模型,提出了解决不确定性设计优化建模、求解和计算复杂性问题的有效途径.     

基于CAE技术的优化方法及其应用

讨论了基于CAE技术的优化方法及其工程实现方法。基于ANSYS的CAE分析对悬臂梁的截面形状进行优化的实例表明,基于CAE技术的优化方法能更加细致地对工程问题进行分析优化,可以同时得到优化方案以及与之对应的物理场分析结果。     

考虑焊点不确定性的车身点焊结构疲劳寿命优化

基于区间优化的方法,构建了考虑焊点不确定性的TS、MTS两种点焊结构的疲劳寿命不确定性优化模型。采用修正的Manson-Coffin公式作为点焊结构的疲劳寿命计算公式,同时考虑工艺中焊枪落点的不确定性,将焊点的位置坐标作为区间变量,通过对焊点坐标进行区间优化,获得结构疲劳寿命最大时的焊点坐标。给出了相应标准焊接结构试样疲劳寿命的上下界,为工程实际中点焊结构的疲劳寿命极限的分析及最优设计提供了计算工具。     

考虑不确定性的多学科设计优化分解方法

为提高不确定性情况下多学科设计优化分解的合理性,研究不确定性因素对分解目标的影响,提出了考虑不确定性的多学科设计优化分解方法.首先将布尔型函数关系矩阵扩展为相关性一规模两层函数关系矩阵,给出了规模矩阵元素与设计变量不确定性的定量关系.然后针对该矩阵提出了任务规模、任务平均度和任务耦合度的概念,给出了三者的计算方法.在此基础上分析确定了优化目标、约束条件、优化变量,建立了整数规划模型,并应用遗传算法进行求解.最后以齿轮减速器为例进行分解,分解结果证明了本方法的合理性与先进性.     

考虑不确定性的制动器制动稳定性优化

制动器在制动过程中由于载荷、环境等因素的影响会产生不同程度的噪声,为了提高制动器的制动稳定性,提出了一种考虑不确定性的制动器摩擦副结构优化方法。基于复特征值法,建立摩擦副系统稳定性模型并给出摩擦副系统阻尼比;考虑摩擦因数等参数不确定性,建立了实部和虚部响应面模型,进行了实部值敏感度分析。通过对给定实例进行有限元分析,将有限元分析结果与拟合实部值结果对比,发现两者差异不大,验证了文中优化方法的可靠性,为后续制动器的工程应用提供理论依据。     

变刚度复合材料结构设计方法及不确定性分析研究进展

变刚度复合材料是一种高性能材料,其连续变化的铺丝角度相比传统直纤维具有更大设计裕度,但其设计、制造难度也相应增加。充分发挥变刚度复合材料的性能,亟待性能更好、更高效的全局优化方法。受制造工艺的掣肘,目前的变刚度复合材料仍有诸多缺陷。缺陷的存在使仿真结果严重偏离实际,进而严重影响系统的可靠性和安全性,甚至可能导致相关系统的失效。然而,业内却缺少对于变刚度复合材料不确定性分析的研究。主要对变刚度复合材料优化策略和不确定性分析进行综合评述,论述变刚度复合材料建模方法、优化方法和不确定性分析技术的研究历程和技术发展,并根据当前变刚度复合材料的发展现状和主要成果,从优化、分析和制造等方面对其未来发展提出几点建议。     

考虑时间不确定性的研制过程评估与优化方法

迭代是研制过程的一个基本特征.针对产品研制中的顺序设计迭代,考虑设计活动完成时间的不确定性,采用多阶段Markov过程对研制过程进行建模,建立任务完成时间预测模型.在此基础上以给定风险下的完成时间最小为目标,对研制过程进行优化建模.实例分析说明了时间预测与过程优化的建模方法,并用仿真结果进行了对比验证.分析表明,该方法能较好地反映研制过程顺序迭代特点,可为优化产品研制过程、缩短研制周期提供有效工具.     

基于不确定性分析的商用车多目标协同优化方法研究

商用车系统是非线性、强耦合以及受大量不确定性因素影响的系统。文章基于不确定性多目标UMOMDO(Uncrtainty Multi-Objective Multidisciplinary Design Optimization,UMOMDO)优化方法,研究建立一种不确定全局协同优化框架。以近似模型数据、试验数据与动态仿真数据为基础,基于深度数据驱动学习算法构建优化变量的解空间界定器,通过特征建模与递推演算方法界定优化变量范围,将设计变量映射到高维空间。再通过高维空间数据密度差,建立整车多目标协同优化模型,并基于该优化框架对H5B中型商用车进行车架结构-性能-可靠性多目标协同优化设计。优化过后的设计与原设计相比,满载最大应力降低2.8%,扭转最大位移降低15.2%,一阶频率提高3.3%,可靠度提高到95%,且质量减少2.3%,较好地完成了可靠性轻量化设计的目标。     

UG和ANSYS结构优化设计比较

对UG和ANSYS两软件在结构优化设计方面进行比较,证明了用UG软件做结构优化设计是可行的,其分析结果是可靠的。通过UG和ANSYS对悬臂梁的结构优化设计分析,对比两者的操作过程及分析结果,发现用UG做结构优化虽有一些不足,但是操作简单,建模方便,并且结果和ANSYS分析结果相似,比较准确。     

基于ESO方法的梁形状拓扑优化

基于渐进结构均匀化拓扑优化的方法,以体积为目标函数,建立了梁结构的不同布局的拓扑优化模型.利用ESO方法的思想理论推导出梁结构拓扑优化的数学模型,并借助于ANSYS软件平台,利用APDL语言实现了优化算法.数值算例验证了该方法的可行性和有效性,它可减少设计变量的数目,提高求解效率.     

基于不确定性的车架单循环多目标优化

为了提高某半挂牵引车车架的力学性能并减轻重量,将不确定性方法引入车架优化中。基于车架有限元模型构建设计变量和不确定变量与目标函数之间的近似模型,用区间分析方法求解每一个目标函数的上下界,采用目标评价函数作为多目标优化问题的适应度值。采用加入精英保持策略和去除重复个体的非支配排序遗传算法(NSGA-II)对车架应力和质量两目标进行优化。最后与不确定性多目标双层嵌套优化的结果进行比较,得出区间分析方法在满足力学性能和精度要求条件下,大大提高了计算效率,并使车架质量得到有效减小。     

大型机械结构的分层动态优化方法

针对大型机械结构动态优化设计维数高,同时涉及外形尺寸和截面尺寸两类变量,采用整体优化策略,存在收敛困难的问题,提出了采用分层优化结合子结构方法的机械结构动态优化策略。以有限元方法为基础,将外形尺寸和截面尺寸分离到两个相对独立的设计空间,从而将整体优化问题分解为整体层优化和局部层优化两个子优化问题。在整体层以整体结构动态特性最优为目标,完成对外形尺寸的优化;在局部层以子结构动态特性最优为目标,完成对截面尺寸的优化;两层优化交替进行直至问题最后收敛。某型大跨自动扶梯金属结构的动态优化工程实例表明,该方法优化效果良好且优化效率高。     

基于ICM法的零件拓扑优化方法应用研究

作为结构优化的一门新技术,拓扑优化在汽车、机床、电子机械的结构优化设计中已经得到应用.基于连续体ICM拓扑优化方法,利用先进的有限元分析软件,建立了以体积为约束条件,以模态频率为目标的某数控加工中心横梁结构拓扑优化模型.根据对模型的拓扑优化结果分析,对横梁内部的筋板结构布置提出了建议,确定了横梁的最佳结构方案,仿真结果表明其动静态特性有较大提高.     

真空电子束焊机箱体有限元分析与结构优化

采用有限元法对某型号真空电子束焊机箱体高真空状态下最恶劣工况点进行了静力学分析,对比实测数据与仿真数据,指出了箱体的设计缺陷,改进了箱体结构,其受力与变形均得到了改善,有限元分析结果为真空电子束焊机箱体的结构设计与装备制造提供了理论依据与技术支持.     

差分光谱法仪器测量不确定度的评定方法

为检验测量结果的可信性、可比性，必须对测量结果的不确定度进行评定。根据监测仪器的测量原理、校准方法分析不确定度的来源，按不确定度评定原则给出测量不确定度的评定方法。     

夹角余弦赋权法在润滑油配方优选中的应用

针对润滑油配方优选存在性能指标要求多、选择难等问题;运用夹角余弦赋权法确定各评价指标的权重系数,并根据模糊数学理论,建立了润滑油配方方案优选模型。以金属加工液配方为例,对所建立的优选模型的适用性进行了综合考察。结果显示,运用所建立的优选模型对润滑油配方方案进行优选是可行的,且综合评价结果的可信度高。该优选模型为润滑油配方方案的优选提供了一种科学而有效的新途径。