基于网格片层体积的反求工程算法研究

介绍了一种基于网格片层体积无损测量的反求工程方法和测量原理，建立并研究了该测量方法的数学模型及其求解算法。提出了一种用于解决大规模稀疏方程问题的改进离散二进制粒子群算法（BPSO），构建了基于虚拟网格单元的多方向片层体积的大规模稀疏方程模型，构造了优化目标函数，设计了基于改进BPSO算法的智能求解算法和基于网格片层体积测量的模型求解系统。通过实验验证分析，表明了改进离散粒子群算法对基于网格片层体积无损测量求解模型有效可行，改进算法具有良好的寻优性能。     

基于ANSYS Workbench的安全阀自动上料机械手抓取机构优化设计

通过建立安全阀自动上料机械手抓取机构模型即卡爪和卡臂模型,利用ANSYS Workbench软件对其进行极限危险工况下的应力分析。首先根据分析结果建立优化模型,紧接着拟合响应曲面并分析变量灵敏度,然后在此基础上分别采用Screening、MOGA两种算法对抓取机构模型进行变量优化和对比,在保证强度的条件下,减小模型总质量。最后根据优化分析结果,采用六西格玛分析法比较优化前后抓取机构模型的可靠性。结果表明:选用MOGA优化算法的优化效果最好,优化后的抓取机构模型总质量减少了6.30%,模型的可靠性提高了14.64%。     

基于Kriging模型和MOGA的轮胎成型机辊压支架的轻量化研究

以轮胎成型机辊压支架为研究对象,提出一种结合Kriging模型和多目标遗传算法(Multi Objective Genetic Algorithm, MOGA)的轻量化优化方法。首先对辊压支架进行静态特性分析,对比稀疏网格模型和Kriging模型的计算精度及收敛情况,得出Kriging模型的收敛效果更好;以辊压支架质量为优化目标,以应力和变形为约束条件建立优化数学模型,运用最优空间填充(Optimal Space Filling, OSF)设计抽样方法获得初始样本点,使用Kriging模型建立响应面;最后使用MOGA搜索全局最优解,分析应力、变形和质量的优化过程。与原模型相比,优化后的辊压支架质量减轻了4.96%,该方法可为轮胎成型机其他零/部件轻量化优化设计提供参考。     

失效恢复机制下的网格任务冗余调度优化

网格技术是目前学术界和工业界解决计算密集型问题的一种重要工具.由于网格系统的复杂性,网格在可靠性方面仍面临着诸多问题.针对目前网格服务可靠性低的问题,引入本地失效恢复机制,并允许资源自行调节网格任务生存时间以及失效恢复次数,从而建立更加符合实际的网格服务可靠性模型.在建模中,采取网格任务冗余调度方式,以进一步提高网格服务可靠性.基于建立的考虑失效恢复机制的网格服务可靠性模型,建立费用约束下的资源冗余调度优化模型,以获得网格服务可靠性最大的任务调度策略.针对该NP问题,采用遗传算法对该优化问题进行求解,并在求解过程中设计专门的修正算子校正不可行个体,以保障算法的正常运行.算例分析验证了算法的有效性.     

基于优化设计的门式卸车机结构可靠性分析

将优化设计与可靠性理论相结合进行门式卸车机的结构可靠性分析.利用ANSYS Workbench进行参数化实体建模,采用中心复合设计拟合响应面并进行参数灵敏度分析,在此基础上分别使用Screening,MOGA及NLPQL 3种算法对参数尺寸进行优化和对比分析,得到最佳设计方案,在保证满足强度要求的条件下,减小卸车机体积.再根据优化分析的结果,以最大等效应力不超过材料许用应力为可靠性评定指标,使用六西格玛分析技术比较模型优化前后的结构可靠性,优化后的结构可靠性有所提高.在分析结构轻量化问题的同时考虑了其安全可靠性要求,为卸车机的制造与优化改进提供了理论指导.     

基于改进NSGA-Ⅱ算法的风电—抽水蓄能联合优化运行研究

以经典日风电功率预测为基础,提出了风电—抽水蓄能联合优化运行模型,该模型以联合系统经济性最大、出力的波动性最小及系统碳排放量最小为目标.利用改进的NSGA-Ⅱ算法对多目标模型进行求解,结果证明,利用改进算法求解的风电—抽水蓄能联合优化运行模型有效提高了电网的经济效益、环境效益及电力系统的稳定性.     

结合流形正则和变量分离近似稀疏重构的荧光分子断层成像

为改善荧光分子断层成像的重建结果,本文采用联合稀疏-流形正则模型进行光源重建,该联合稀疏-流形正则模型能同时利用重建光源聚集性和稀疏性的先验信息。为有效求解该联合稀疏-流形正则模型,本文通过重新推导变量分离近似稀疏重构算法对其进行求解。为加快变量分离近似稀疏重构算法求解联合稀疏-流形正则模型的速度,本文在光源重建过程中采用了热启动策略。实验结果表明,相比变量分离近似稀疏重构算法求解范数模型,变量分离近似稀疏重构算法求解联合稀疏-流形正则模型将重建结果的对比噪声比从6.45提升至9.18。另外,相比没有采用热启动策略,采用热启动策略的变量分离近似稀疏重构算法求解联合稀疏-流形正则模型的时间从101.84 s减至50.10 s。本文方法显著提高了光源目标重建的精度和速度,取得了更优的重建结果。     

空间目标图像的非凸稀疏正则化波后复原

现有的空间目标图像波后处理方法多直接套用自然光学图像的复原技术,效果并不理想。本文通过分析空间目标图像的近似稀疏性和灰度值服从超拉普拉斯分布的独有特点,提出了一个采用正则化方法的非凸稀疏正则化空间目标图像复原模型。在数值计算过程中,根据交替方向乘数法将复原模型分解为两个子问题,对凸优化子问题采用快速傅里叶变换求解,对非凸优化子问题采用固定点迭代方法求解。文中设计了非凸稀疏正则化空间目标图像波后复原的完整算法流程,并针对模拟图像和真实空间目标图像进行了对比验证。结果显示:相对于最近的流行算法,提出方法的最大峰值信噪比提高了2dB,最大平均结构相似度提高了0.17,最大信息熵提高了3.85,图像清晰度提高了2.65。     

任意拓扑三角网格模型的Loop细分曲面重建系统

提出一种从任意拓扑密集的三角网格模型拟合Loop细分曲面系统，包含对原网格模型进行特征识别，把保持了原有特征的简化网格和拓扑优化所获得的网格作为拟合初始控制网格。系统通过对控制网格顶点的循环修正和局部自适应细分来求解最终拟合细分曲面控制网格，避免了求解线性方程组，提高了拟合曲面的质量，实现了在给定精度下用较少的控制网格反映物体细节特征的分片光滑（片内除奇异点C^1外其余C^2连续）的Loop细分曲面重建。实例表明，Loop细分曲面重建系统对于任意拓扑海量三角网格测量数据的细分曲面重建是高效可行的。     

面向医学假体CAD的Loop细分曲面拟合系统

为实现基于Loop细分曲面表示的医学假体CAD造型,提出了一个完整的Loop细分曲面拟合系统。输入为CT图像经三维重建并经滤噪与平滑处理所得的密集三角网格,再用QEM简化算法与提出的网格优化算法进行简化优化得到基网格,将提出的优化算法与QEM算法无缝集成,最后用顶点迭代调整细分拟合算法输出细分控制网格。该控制网格可作为后续设计与加工模块的输入,对其作若干次Loop细分后即得到逼近于原始网格的光滑细分曲面。     

圆柱齿轮传动多目标优化的差分进化算法

针对单级斜齿圆柱齿轮传动机构优化设计问题,建立以体积最小化和重合度最大化为目标的约束多目标优化模型。为提高Pareto前沿的分布均匀性和分布广度,将网格Pareto占优技术与约束多目标差分进化算法结合,设计网格占优约束多目标差分进化算法(ε-CMODE)。根据工程实践需要,将离散约束多目标优化模型映射为约束非负整数规划问题,再改进ε-CMODE算法以求解该模型。最后,给出优化设计实例。结果表明,ε-CMODE算法能有效求解齿轮机构多目标优化问题,得到均匀分布的Pareto前沿,可为设计人员提供多组备选解。     

电动车车架数值分析下的网格特性分析与研究

为提高有限元仿真结果的准确性,了解网格特性对仿真结果的影响规律,结合国内某型电动车,以其车架作为分析对象,对模型进行网格划分,通过分析结果寻找网格特性对仿真数值的影响规律,确定影响结果的主要因素——网格无关解。为进一步分析无关解对结果的影响,通过控制网格数目设计一系列求解方案,并对仿真结果进行归纳推导,得到针对该车架模型的应力、位移与网格数量的关系式。结果表明:在一定条件下,2万较41万网格模型最大应力差异约为75.52%,最大位移差异约为59.5%,网格特性特别是网格数量对结果影响较为明显;该车架模型在网格数量大于142071后,差异减少,确定142071为其无关解阈值;应用最大应力和最大位移关于网格数量的拟合函数表达式,可迅速查询或计算仿真结果的误差范围;该方法有利于应用在工作量较大、对象单一、重复性强的仿真分析之中。     

基于混合鱼群-蚁群算法的模块化产品配置设计

以用户需求与产品性能的相关度最大为优化目标建立了模块化产品配置设计模型;并提出了融合鱼群算法及蚁群算法的优化模型求解方法.以铁路客车内装模块化配置设计为应用,验证了该优化模型及其求解方法的可行性和有效性.     

增强稀疏分解及其在叶片振动参数识别中的应用

叶端定时是发动机叶片监测有效手段,相比于传统的应变片测量方式,叶端定时不仅可以同时监测所有叶片的振动状态,而且不会对叶片本身的振动造成影响。但是叶端定时采样数据存在高度欠采样的特点,针对该问题,提出基于增强稀疏分解(Enhancing sparse decomposition,ESD)的叶片振动参数辨识技术。稀疏分解是一种在冗余字典中对信号进行分解,通过求解优化问题得到信号在冗余字典下最稀疏解的信号处理方法。增强稀疏分解相比于传统的基追踪算法,可以得到更为稀疏的解。在建立了增强稀疏优化模型后采用原对偶内点法对优化问题进行求解,从而实现信号特征参数的有效辨识。将提出的基于增强稀疏分解的叶片振动参数辨识技术应用于不同类型的仿真数据和转子叶片试验台参数辨识,并与传统的MUSIC算法和最小二乘拟合相对比,提出的算法可以有效避免频谱混叠和泄露现象,并滤除其他频率成分的干扰,得到更清晰的谱图。     

基于LPFSA与阶次跟踪的变速齿轮箱状态评估

针对变速齿轮箱时变故障检测问题,提出了一种基于局部多项式拟合稀疏算法与阶次跟踪的变速齿轮箱编码器信号瞬态特征提取算法.首先提出局部多项式拟合稀疏算法,从原始编码器信号中提取与齿轮故障相关的时域瞬态特征.然后应用阶次跟踪技术将时域非平稳瞬态特征转化为角度域的平稳瞬态特征.同时,为了解决公式化局部多项式拟合和稀疏性优化问题...     

基于响应面法的机载光电集成箱优化设计

机载光电集成箱在战斗机飞行过程中面临振动、冲击等恶劣工作环境。本文旨在提高光电集成箱抗振动干扰能力和结构可靠性,以减少最大变形量和提升结构一阶模态频率为目标,对光电集成箱进行多目标优化设计。根据加速度过载极端条件对原始光电集成箱三维模型进行特定载荷下的静力分析和普通约束条件下的模态分析;采用最佳空间填充设计法（OSFD）法进行实验设计,提取结构设计参数并建立样本空间,响应面模型运用Kriging法进行构建;以最小化结构变形量、提升结构第一阶模态频率作为优化目标,以结构等效应力和质量为约束条件,运用MOGA遗传算法对构建响应面模型进行了优化求解,得到响应面模型最优解,最后对模型进行参数化重构和验证。优化结果显示：经过优化后的光电集成箱,最大变形量减少了44.02%,基频提高了33.6%,质量减少了8%,有效地提升了光电集成箱的动力学性能和可靠性。     

面向订单制造的可重构制造系统中虚拟制造单元构建技术

为适应单件、小批、个性化和市场需求动态多变的特点.研究了多种不同交货期生产订单并存时的可重构制造系统中虚拟制造单元构建问题.构造了以连续加工产品间相似系数之和最大、工作加班时间最少、单元的封闭性最好(工件跨单元搬运次数最少)、制造系统重构成本最小及设备生产负荷均衡为目标的非线性多目标0-1整数规划模型.采用两阶段的求解策略进行求解.在第一阶段采用启发式方法对非瓶颈设备和工艺进行预处理,以缩小问题解的搜索空间;第二阶段采用一种基于网格计算的分布式平行协同多目标粒子群算法,随机搜索Pareto优化解集.最后,利用globus 4.0 工具箱搭建计算网格和Java语言实现了算法.从生产实际出发给出了算例,证明结果可行,从而验证了算法的有效性.     

基于拓扑的再制造叶轮全六面体网格生成方法

为了有效提高离心式压缩机再制造叶轮仿真实验的仿真精度与求解效率,提出一种面向再制造叶轮的高质量的六面体结构网格划分方法。对失效叶轮的几何特征进行分析,并基于计算机辅助设计空间造型理论重构再制造叶轮几何模型;基于拓扑理论,提出复杂模型计算域虚拟规划方法,完成再制造叶轮计算域虚拟规划;综合运用带Laplace源项的网格生成算法与网格规模控制优化算法,以有效提高与控制再制造叶轮网格质量与规模。网格质量评估与有限元实际模拟计算表明,其网格模型具有网格质量高、求解精度高、求解效率快等诸多优点。     

二维动态网格压缩波束形成声源识别方法

基于平面传声器阵列测量和固定网格的传统二维压缩波束形成通过建立阵列传声器测量声压信号和假想声源网格点未知源强之间的欠定线性方程组,基于主声源通常为稀疏分布这一事实,利用稀疏促进算法求解上述方程组从而获得声源波达方向和源强的准确估计,进而准确识别声源。然而,当声源波达方向与网格点不一致、即发生基不匹配时,性能会劣化。为克服该问题,提出二维动态网格压缩波束形成声源识别方法。定义网格坐标和源强分布矢量为变量并采用对数求和罚函数构建目标函数以促进解的稀疏性;基于优化最小化框架在目标函数的基础上构造合适的替代函数以降低优化复杂度;通过梯度下降法对替代函数进行迭代优化求解,从而使网格坐标和源强分布矢量逐渐收敛至真实值附近。仿真和试验均表明,相较于传统固定网格的二维压缩波束形成,该方法能够克服基不匹配问题、获得更高的定位精度和量化精度;该方法能够适用于传声器随机分布的平面阵列,且无需先验的信噪比（噪声干扰）及声源稀疏度等信息,即使在传声器数量较少的情况下也能得到低污染高分辨率的声源成像,保证了高精度的二维波达方向估计和源强量化。     

基于三维模型拉普拉斯分解的浮雕生成算法

研究了对三维几何模型在给定视觉方向上进行深度压缩的浮雕生成算法,基于三角网格的Laplace光顺原理,按模型频率分布将三角网格分解为光顺后的基础网格、拉普拉斯算子及更高次算子,运用此分解模型对不同频率部分分别进行深度压缩,以获得具有细节保持效果的浮雕.该算法无需对模型进行重采样,无需求解大型线性方程组.在不同的材料上对生成的浮雕模型进行了加工验证.实验证明,该算法生成的浮雕细节丰富,具有很好的视觉效果.