复杂工程系统多学科设计优化集成环境研究

复杂工程系统的设计是一个多学科互相适应的系统过程,是一个多学科交叉综合设计优化的多目标决策过程。针对复杂工程系统设计过程,提出了复杂工程系统多学科设计优化集成环境模型,作为提高设计自动化的平台,给出了集成环境的体系结构和技术结构方案,定义了集成环境优化设计的流程;详细说明了工程系统多学科设计优化方法、智能产品模型两项关键技术。最后对集成环境的实施和验证做了相应的阐述。     

涡轮叶片并行子空间多学科设计优化

将Kriging近似模型与并行子空间多学科优化方法相结合,对包括气动、传热和结构三个学科的涡轮叶片进行多学科优化设计,并与传统单级多学科优化方法进行对比。结果表明,基于Kriging近似模型的并行子空间多学科优化方法优化结果合理,与单级优化方法相比优化效率明显提高,寻优能力增强,适用于复杂结构的多学科优化设计。     

基于Isight的多学科随机搜索优化方法

针对多学科设计优化算法中各子系统间的耦合问题,提出基于随机搜索法的多学科设计优化策略。在各子系统独立分析优化的基础上,构造选择函数,在随机生成的点群中得到理想耦合点,克服了传统的基于敏度的解耦方法的局限性,并拓宽了寻找理想耦合点的空间,以理想耦合点作为参考,构造耦合函数作为子系统优化目标,从而不断调整子系统的优化目标,运用多目标优化策略对子系统进行优化,使子系统之间的耦合关系得到改善。基于Isight优化平台,集成多种学科分析工具,构建了多学科随机搜索优化算法,并在塔式立体车库的优化设计中对该优化方法进行了验证。     

微机电系统多学科设计优化

多学科设计优化是一种针对于涵盖多个学科领域的复杂系统进行设计优化的方法,强调各子学科系统在独自设计优化的基础上的相互之间的并行协作。鉴于微机电系统(Micro electro mechanical systems,MEMS)设计中存在多学科交叉耦合等问题,将多学科优化设计方法引入到MEMS的设计中,研究分析MEMS本身的多学科特性和设计现状,建立面向MEMS的多学科设计优化系统(Micro electro mechanical multidisciplinary design optimization system,MMDOS),提出四种多学科设计优化方法,对提升MEMS的设计水平和产品质量具有积极意义。     

基于多学科性能分析的驱动桥壳多目标优化

在保证整车整体机械性能的前提下对底盘零部件进行优化,是当前汽车工程设计的一个重要挑战。针对汽车驱动桥壳的多学科多目标优化设计问题,提出了一种系统的设计方法。采用有限元数值模拟和试验验证相结合方法系统研究其动态模态频率及振型,静态刚、强度及垂直弯曲疲劳寿命多学科性能,在此基础上,以其结构参数为设计变量,以最大静应力和疲劳损伤系数为设计约束,以整体质量、最大静态变形量和动态一阶模态频率为优化目标,结合哈默斯雷试验设计、移动最小二乘代理模型及全局响应面多目标优化算法,对其进行多学科性能驱动的轻量化多目标优化设计。结果表明:优化设计前后驱动桥壳整体质量降低6.0%,取得了良好的轻量化设计效果。     

基于设计空间缩减的多学科协同优化新方法

提出一种多学科协同优化设计新方法—设计空间缩减协同优化(Design space decrease collaborative optimization,DSDCO)。根据子系统级优化结果,确定分解设计空间的平面方程,将设计空间合理分解为多个子空间,去除其中不可行设计子空间,将缩减后的设计空间传递到系统级优化。根据系统级优化在各个子空间的优化信息,择优选取系统级优化结果和下一次优化计算的设计空间,循环进行优化迭代计算,直至系统级优化值符合收敛条件。该方法通过缩减优化求解空间,不断更新系统级优化模型,将传统协同优化(Collaborative optimization,CO)中系统级非线性等式约束变换为只含有变量边界的线性不等式约束,解决了传统CO系统级求解困难的问题。DSDCO在变量有界的多学科设计优化(Multidisciplinary design optimization,MDO)问题中,对原始问题约束函数的凸性无要求,对优化迭代起始点的位置无要求。分别利用数值算例、减速器设计和弹簧设计三个典型算例,验证了DSDCO方法的正确性。     

基于Agent模型的多学科设计优化方法

复杂工程系统的设计往往涉及多门学科 ,多学科设计优化 (MDO)方法是一类求解复杂系统设计优化问题的方法。本文首先简要回顾现有 MDO方法的特点 ,然后基于 Agent模型提出了一种新的多学科设计优化方法——子空间自主式优化方法。这种方法具有如下特点 :流程简单 ;各个学科组可自主地、并行地进行设计和优化 ;灵活性强 ;所需系统分析的计算次数少 ;没有系统级协调优化环节。为了验证这种算法的有效性 ,对二个典型算例进行了数值实验。初步的数值实验结果表明 ,二个典型的算例经过几次迭代后均能收敛于最优解。子空间自主式方法是一种较有潜力的 MDO方法 ,值得进一步研究     

机械稳健设计的研究概况及发展趋势

阐述了稳健设计的意义：介绍了产品稳健设计研究的方法,包括传统稳健设计方法和工程稳健优化设计方法;讨论了稳健设计与不确定性因素以及稳健设计与多学科、多目标优化相结合的发展趋势,同时简要指出了稳健优化设计方法与实际应用存在的差距。     

基于响应面法和遗传算法的孵育器多学科优化设计

针对恒温孵育器要满足重量小、温度均匀的设计要求,应用ANSYS和Matlab软件对孵育器进行了多学科优化设计。通过有限元分析,分别以目标区域平均温度和温度均方差为设计目标,通过采用正交试验设计方案采集数据,获取了响应面模型,并采用遗传算法进行了多学科优化设计。研究结果表明:响应面模型可以准确模拟有限元模型并用于优化设计,遗传算法可以用于有效解决多目标优化问题;该方法为多学科优化设计问题提供了解决方案。     

基于人工神经网络的多学科优化设计研究

多学科优化设计的两大难点是子学科间的信息交换和系统分析计算的复杂性。为此，在一致性约束算法和并行子空间算法基础上，提出了一种基于人工神经网络响应面的多学科优化设计算法，它是一种二级结构的优化方法，即学科层仅满足局部约束，系统层提供一种协调学科间冲突的机制，保证在相关变量和耦合变量上的一致性，使设计方案不断改进。通过某型号飞航导弹系统的优化实例，验证了算法的有效性。     

基于遗传算法的膜片弹簧的模糊优化设计

提出了一种基于模糊集理论和遗传算法理论相结合的离合器膜片弹簧的多目标优化设计,对模糊优化模型的建立及求解、隶属函数的确定等进行了探讨,对遗传算法做了简要介绍,并对一实例进行了计算和数值模拟分析.结果表明：采用遗传算法进行膜片弹簧的模糊多目标优化效果较好.     

基于混合智能算法的涡旋压缩机优化设计

将遗传算法中的进化思想和蚁群算法中群体智能技术有效地耦合,运用于涡旋压缩机的优化设计中,通过计算实例验证,结果表明该算法对于涡旋压缩机的优化设计是一种可行和有效的优化方法。     

基于模糊物元、遗传算法的行星齿轮传动多目标优化

作者采用模糊可靠性优化理论和物元分析法,以行星齿轮传动为研究对象,建立多目标模糊可靠性优化数学模型。通过改进遗传算子和模拟退火算法得到具有实值编码技术的改进型自适应遗传算法。在V isual C++环境下实现了行星齿轮传动参数优化。     

基于父子混合选择遗传算法的大型压力机主梁的最优设计

主梁是大型压力机的关键受力构件之一,其最优设计问题是一类很难求解的非线性规划问题.传统的优化方法在解决这类复杂优化问题时显示出自身的一些不足.针对传统优化算法的局限性,提出用简单实用的基于父子混合选择遗传算法,对大型压力机的主梁进行优化设计.并用一个仿真算例验证了该算法的有效性和可行性.     

机械系统动态优化设计的复合遗传算法

针对机械系统动态优化设计的工程问题,提出了一种新的人工智能优化方法——复合遗传算法。该方法在遗传算法的操作中增加改造操作,较大地提高了寻优效率。基于概率论完成了该方法更高效寻优机理的理论分析。数值分析结果表明,该方法结果正确,算法简洁。     

基于遗传算法的风力机叶片优化

绍了遗传算法的基本知识并提出了风力机叶片优化设计模型,采用全局优化的方法,以叶片各截面年发电量最大为设计目标,叶片各截面处的弦长和扭角为优化变量,使用遗传算法进行了搜索寻优。以1.5 MW 风力机为例,利用 MATLAB 软件中已开发的优化程序设计并优化叶片,把用全局优化方法设计的叶片与 Glauert 方法所设计的叶片进行了比较,同时把所设计的叶片与已有叶片相比,结果表明其输出功率明显增加,从而说明了该方法的有效性。     

多目标模糊优化方法及其在可靠性设计中的应用

在基于模糊机会约束规划理论基础上,对多目标模糊优化方进行研究,通过模糊模拟求解模糊目标函数的理想极大值和极小值,建立了多目标优化问题的模糊机会约束规划模型,并给出了基于模糊模拟的遗传算法求解方法.通过对一个无约束处理的常规双目标模糊可靠性优化问题实例求解,验证了多目标模糊模拟遗传算法的有效性,并指出该算法的优点在于能较好处理多目标优化问题的分目标量纲不同及其函数值之间差距较大的情况.     

基于改进遗传算法的带传动多目标模糊优化设计

以带轮体积最小和传动轴受力最小为目标建立优化数学模型,利用改进遗传算法求得该优化问题的理想解和若干个有效解,并根据相似优先比理论最终确定其模糊最优解。该问题的求解过程表明,这种多目标优化问题的解决方法是一种更科学、更符合实际的设计方法,具有较好的实用价值。     

Structural topology optimization for the natural frequency of a designated mode

The homogenization method and the density function method are common approaches to evaluate the equivalent material properties for design cells composed of matter and void. In this research, using a new topology optimization method based on the homogenized material with a penalty factor and the chessboard prevention strategy, we obtain the optimal layout of a structure for the natural frequency of a designated mode. The volume fraction of nodes of each finite element is chosen as the design variable and a total material usage constraint is imposed. In this paper, the subspace method is used to evaluate the eigenvalue and its corresponding eigenvector of the structure for the designated mode and the recursive quadratic programming algorithm, PLBA algorithm, is used to solve the topology optimization problem.     

高速重载齿轮传动的多目标优化设计

讨论了重载齿轮设计中的各种影响因素；分析了斜齿轮和人字齿轮的优缺点，在此基础上将重载齿轮确定为弧齿线圆柱齿轮，并对其建立了以重合度最大、体积和相对滑动率最小为目标的多目标优化数学模型；给出了重载齿轮传动优化设计约束条件，运用多目标优化的乘除法获得了最优解。采用MATLAB软件实现了实例的优化设计目的，提高了机械设计效率和精度。