基于模态优化的动车组蓄电池箱结构可靠性分析

为了改善动车组蓄电池箱的结构性能,将模态优化与可靠性理论相结合进行动车组蓄电池箱结构可靠性分析。首先建立动车组蓄电池箱的有限元仿真模型,利用ANSYS软件对蓄电池箱进行模态分析。然后根据模态分析结果,对蓄电池箱一阶频率进行板件厚度的灵敏度分析,选取6个板件的厚度作为设计变量,利用响应面模型对蓄电池箱进行一阶模态优化。最后根据优化结果,以蓄电池箱一阶频率小于车体自振频率为可靠性评定指标,使用蒙特卡罗法对优化后的蓄电池箱进行结构可靠性分析。结果表明,优化后蓄电池箱一阶频率减小,不与车体发生共振的概率为98.64%。     

基于APDL语言的车体结构优化设计

针对高速轨道车轻量化问题,采用APDL语言建立某型高速轨道车车体的参数化优化设计模型,以车体的质量为目标函数,以Goodman疲劳极限线图作为约束条件,对车体结构几何形状进行优化设计。结果表明:优化后车体的质量减少了13.1%,车体应力分布更趋于均匀,减少了应力集中的现象,车体强度满足EN 12663—2000标准的设计要求。     

改进响应面法在身管可靠性优化中的应用

以某速射武器的身管为研究对象,对其烧蚀寿命进行可靠性优化设计,采用改进的响应面模型作为身管烧蚀寿命代理模型。结合遗传算法和高斯牛顿法进行响应面公式参数的拟合。首先用遗传算法求出参数初值,然后高斯牛顿法从这组初值出发迭代搜索响应面模型参数的最优解,最后以得到的响应面模型作为身管烧蚀寿命优化的功能函数进行可靠性优化。该方法充分利用了遗传算法善于进行全局搜索和高斯牛顿法精确的局部寻优能力的优点。结果表明,该方法得出的响应面模型的精度较高,以响应面模型代替有限元模型进行可靠性优化更为方便快捷。     

在Multi-Agent环境下机械产品协同优化

根据协同优化算法的思想,提出了一种Multi-Agent模型,利用神经网络建立子系统优化Agent的近似响应面。子任务规划Agent进行传统的优化进程;任务调度Agent根据结果分析Agent计算的样本集近似满意度自主选择不同的执行路径;近似响应面Agent通过使用更新准则,逐步获取满足子系统级约束和目标的精确的响应面。当子系统获取指标变量后,通过子系统优化Agent内部的响应面快速获取优化解向量,并将该向量返回到全局黑板数据结构中,系统级优化Agent可以利用该结构,协调各个子Agent不一致的信息,从而有效地提高了复杂机械产品协同优化中的效率和精度。     

高速列车车体结构设计及强度分析

根据高速客车车体结构的特点,设计出二等车的拖车车体。为降低车体的重量和提高车体的抗压能力,车体的钢结构采用大型中空挤压铝型材;通过刚度等效法建立车体等效模型,并对其进行有限元分析,详细分析其主要结构的应力;通过对垂向载荷工况、纵向拉伸载荷工况、纵向压缩载荷工况、气动载荷工况的分析计算,得到了车体钢结构满足强度和刚度的要求、强度薄弱部位主要表现为局部应力集中的结论。解决应力集中问题不应通过加大构件断面尺寸,而应采用降低应力集中的结构措施或局部补强,并提出了设计改进意见。     

步兵战车车体结构有限元模型修正

针对某型步兵战车整车刚柔耦合发射动力学中柔性车体有限元模型精度低的问题,基于模态试验数据,应用支持向量机响应面模型修正理论对车体结构有限元模型进行了修正。应用ANSYS有限元分析软件对车体结构进行模态分析,提取前6阶模态的固有频率和振型。为验证模型,设计了模态试验方案,实测了车体结构的模态信息。基于有限元模型数据与实测数据的相对误差,采用支持向量机响应面模型修正方法对车体结构弹性模量和密度进行修正。模型确认结果和动力学模型应用结果表明,修正后的车体有限元模型精度有了大幅度提高,能更加真实地反映车体的结构特征,为射击精度分析提供了准确的模型基础。     

基于振动控制的摩托车车体优化设计

建立了综合考虑振动、强度、质量等因素,对摩托车车体结构进行优化的技术流程,并对某在研车体系统进行优化设计并得到了性能优良的车体设计方案。借助多学科优化技术方法解决了不同分析模型,不同分析工况之间的数据综合,使用拉丁超立方方法进行了敏度分析并建立了响应面,最后使用二次规划算法求解。实际结果表明,该优化方法在改善摩托车车体设计质量、缩短开发周期方面可行,有效。     

连杆螺栓椭圆角T型头结构优化设计

针对大型往复压缩机连杆螺栓头下圆角的应力集中问题,建立了椭圆角连杆螺栓结构参数化模型和有限元模型,研究了椭圆角T型头结构参数对圆角应力集中的影响规律,并采用响应面法对椭圆角T型头进行结构优化设计。结果表明:增大椭圆角横轴长和在一定范围内增大螺栓头高度都有利于降低圆角应力集中,但椭圆角和螺栓头都应当保证一定的结构比例,其中椭圆角的最佳半轴比约为2～2.5;螺栓头半径与螺栓头高度的最佳比例约为1～1.2;相比于未经过优化的螺栓,经过椭圆角T型头结构优化的连杆螺栓的圆角应力集中系数降低了44%。     

高速列车铝合金车体强度可靠性安全系数分析方法

针对铁道车辆结构设计标准中给定的安全系数存在经验性,从可靠性理论出发,分析可靠性安全系数评估方法,使安全系数选取趋于合理。以某型高速列车车体为研究对象,建立其有限元模型,参照EN12663-1车体设计标准确定静强度载荷工况。并考虑高速会车情况下的气动载荷工况,施加边界条件对车体进行强度分析。同时结合车体铝合金材料性能绘制车体材料的不同可靠度的Goodman曲线,建立可靠度与安全系数的关系模型,对车体静强度和疲劳强度的可靠性安全系数进行了分析。结果表明:随着可靠度的提高,安全系数降低,车体满足不同可靠度下的静强度和疲劳强度要求。99.9%可靠度下静强度的最小安全系数为1.3,出现在整备状态下纵向受1 500 kN压缩载荷作用的工况下;考虑气动载荷影响,结构疲劳安全系数最小值为1.53,有一定的安全裕量,车体侧墙门角和窗角位置的安全系数较小。车体结构的应力和材料强度的分散性对安全系数有影响,为确保高速列车车体具有较高的可靠度,可以采取控制铝合金材料强度性能的分散程度、降低几何结构的应力集中和优化结构减小工作应力等措施来实现。     

基于有限单元法车辆车体结构优化设计

铰接车可以提升车辆的转向性能,但车体受力情况复杂.针对铰接车进行整体受力分析,对不同的子结构重力分析进行分析,获取整车的重力点,在此基础上对前后车体在插入工况、前轮离地工况等进行受力分析;基于有限单元法建立前后车体的有限元模型,分析在整车满载前轮离地工况,前后车体的强度和变形分析,获取应力分布极值点,对设计方案进行检验;根据分析结果,对车体结构进行优化;采用直角应变片法,对优化后的车体应力分布进行测试,在后车体极值点粘贴应变片,获取应力变化曲线,对比测试值与仿真值之间的差异,以检验分析的可靠性.结果 可知:在插入工况和前轮离地工况,前车体和后车体的强度满足要求,但局部位置存在应力集中的现象,其中应力值较大的部位主要集中在后车体的上、下铰接板处;两处测点的最大值分别为121MPa和63MPa,与仿真值相比误差分别为3.45％和6.10％,均小于仿真值,表明优化方案是可行的,降低了极值点的应力值,同时也表明仿真分析是可靠的.为此类设计提供参考方案.     

基于双响应面模型的6σ稳健设计

双响应面法是通过试验设计分别构造响应均值和方差的近似模型，并通过该模型进行优化的一种稳健设计方法。文中对实验设计方法、响应曲面模型建立以及优化策略等进行分析。为实现质量管理与产品设计的协调，将质量工程中的6σ理念与双响应面法相结合，提出基于双响应面模型的6σ稳健优化设计方法。与传统优化方法相比，该方法不仅提高了优化效率，而且提高了设计的可靠性和稳健性。将其应用于结构优化设计和金属板料的拉深成形优化设计，均获得良好的结果。     

柔性机构动态可靠性分析的先进极值响应面方法

为了提高柔性机构可靠性分析的精度和效率,提出动态可靠性分析的先进极值响应面法。该方法将智能算法与可靠性分析的极值响应面法相结合,利用蒙特卡洛法抽取样本,经过网络训练建立先进极值响应面法的数学模型。以柔性机械臂为例,以柔性机械臂材料密度、弹性模量、构件截面尺寸为输入随机变量,构件变形为输出响应;利用蒙特卡罗法、极值响应面法和先进极值响应面法分别进行动态可靠性仿真计算,得出了各自输出响应量的分布特征及可靠度。通过方法比较表明:先进极值响应面法在保证计算精度的前提下,大大提高了计算速度,验证了先进极值响应面法在柔性机构动态可靠性分析中的可行性和适用性;也为柔性机构可靠性优化开辟了有效途径。     

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。     

考虑车体弹性的集装箱平车动态响应分析

基于柔性多体系统动力学理论研究铁道集装箱平车动态响应。建立考虑车体弹性的刚柔耦合车辆系统动力学模型,并与多刚体模型的动态响应进行对比。仿真结果表明:弹性体模型的车体加速度均方根值(RMS)较刚性体模型大,最大差值为2.8 m/s2;频谱分析显示,车体1阶扭曲、1阶垂向弯曲和1阶横向弯曲模态对空车振动响应影响显著;加装集装箱会改变车体模态振型,主要表现为扭转弹性变形和局部的弹性振动,对车体端部垂向振动响应影响显著。     

基于近似模型的车轮定位参数优化设计研究

为改善某车型前悬架优化设计中其运动学特性,解决前轮胎磨损较严重问题,提出一种基于近似模型应用改进响应面法对车轮定位参数进行优化设计。首先,应用ADAMS/Car软件建立了麦弗逊式前悬架仿真分析模型,并在ADAMS/Insight中对悬架部分设计硬点参数进行灵敏度分析。然后,针对灵敏度大的设计参数建立车轮定位参数在跳动过程中最大变化量的二阶响应面近似数学模型,并利用Matlab编程对拟合出的近似模型优化求解与可靠性分析。最后,将优化后车轮定位参数最优值代入悬架模型中,在ADAMS/Car中再次进行轮跳仿真试验,对比应用传统响应面优化方法优化悬架前后试验结果表明,该优化设计方法具有较好的优化效果。     

基于响应面的伺服驱动单元散热器优化研究

针对某型号伺服驱动单元工作过程中IPM温升过高的问题,将数值仿真技术应用到伺服驱动单元散热器优化中。开展了散热器几何参数对IPM温升的影响分析,通过均匀设计和多项式拟合相结合的方法建立了关于散热器基板厚度、翅片数和翅片厚度的IPM温升二阶响应面模型,提出了一种基于响应面的散热器优化方法。利用方差分析和拟合优度检验对响应面模型的准确度进行了评价,并在CFD软件上对优化后的散热器方案进行了数值仿真试验。研究结果表明,二阶响应面模型的误差范围不超过2.88%,可以准确地拟合IPM温升与散热器几何参数之间的数学关系;在优化后的方案中IPM温升降低了5.48℃,有效地提高了设备的可靠性,为其他型号伺服驱动单元散热器及类似结构优化提供了参考。     

副车架侧边纵梁耐撞性优化设计

为了对全框式副车架侧边纵梁结构进行耐撞性优化设计,以副车架侧边纵梁结构参数为变量,建立了该结构耐撞性和轻量化优化问题的数学模型。运用方差分析法（ANOVA）选择对副车架侧边纵梁耐撞性和轻量化影响显著的结构因子作为主要设计变量,采用正交试验设计方法进行试验设计;运用LS-dyna软件进行碰撞模拟;根据有限元仿真结果建立了响应面近似模型,并对该近似模型解决该问题的可靠性进行了验证,结果表明,所建立的响应面近似模型适合解决组合优化问题。优化设计后的副车架侧边纵梁能在提高耐撞性能的同时,保持较好的轻量化水平。     

动车组电机吊架多目标可靠性优化设计

为提高高速动车组电机吊架的承载能力,考虑几何参数的随机性,将响应面法和多目标遗传算法相结合对其进行可靠性优化设计.首先,对电机吊架进行静强度和位移灵敏度分析,找出设计变量;其次,对设计变量进行中心组合试验设计,根据试验设计点来拟合静强度和位移的多项式响应面模型;然后,将几何参数的随机性转化为可靠度,运用最小二乘法拟合可靠度函数方程作为约束条件;最后,运用多目标遗传算法对电机吊架进行可靠性优化设计.研究结果表明:响应面法与结构可靠性优化方法相结合,可以简化求解过程,提高优化结果的可靠度.     

基于RSM的牙轮钻头滚动轴承优化设计

针对牙轮钻头滚动轴承滚柱端部应力集中现象、滚柱与滚道接触线上分布的应力较大的问题,采用响应面法与有限元法相结合的方式对牙轮钻头圆柱滚柱及内外滚道进行优化设计。基于等强度原则,结合响应面法建立了以滚柱凸度量δ、滚柱端头倒圆角半径r、倒圆角长度h为设计变量,以滚柱末端与中段应力差σ1、接触线上分布应力的平均值σ2为目标函数的优化数学模型。通过回归分析求得最优滚柱设计参数。考虑到实际钻井作业中轴承所受荷载为冲击荷载,运用有限元瞬态动力学仿真对最优结构进行可靠性分析,结果表明:优化后滚柱末端应力集中现象得以改善,接触线上分布的应力均值减小,从而提高了滚柱的承载能力,避免了在瞬态冲击下由于局部应力过大导致滚柱失效,改善了轴承整体寿命。     

压气机叶型气动优化设计研究

以clark-y叶型为研究对象,选择其升阻比作为优化目标函数,采用响应面优化设计方法对其进行优化设计.首先用B样条曲线结合响应面优化方法对clark-y原始叶型进行拟合;然后利用均匀实验设计方法建立计算实验样本点分布表,用商用软件进行各样本点的CFD计算,最后建立响应面优化模型,对其进行优化设计,得到了升阻比比原始叶型升阻比高22%的优化叶型.