车轮90°冲击试验的仿真分析和多目标优化设计

建立了16英寸组装式车轮90°冲击试验仿真模型,综合考虑车轮的材料特性、结构参数和90°冲击性能,提出了车轮多目标轻量化设计方法。分析了冲锤正对轮辐窗口冲击和冲锤正对轮辐气门嘴窗口冲击工况下,车轮轮辋和轮辐的塑性应变和变形量。利用网格变形技术建立组装式车轮90°冲击参数化模型并定义设计变量,以质量和90°冲击各项性能为优化目标,使用Isight优化平台集成DEP-MeshWorks和LS-DYNA软件进行最优拉丁超立方设计和Hammersley设计,拟合目标响应值的Kriging近似模型并验证其精度,采用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对车轮进行了多目标优化设计。优化得到的组装式车轮与同型铸造铝合金车轮相比,质量减少了28.28%。依据车轮90°冲击试验标准,对优化后的车轮进行试验,对比车轮各测点等效应变和最大加速度的仿真与试验值,得出车轮90°冲击仿真结果精度较高。     

基于疲劳和13°冲击性能的组装式车轮优化设计

为了研究车轮的13°冲击性能,提出了一种基于疲劳和13°冲击性能的车轮结构设计和优化方法。以16×61/2J型车轮为研究对象,基于动态弯曲疲劳试验和动态径向疲劳试验对车轮进行了联合拓扑优化,设计了一个镁合金轮辋和铝合金轮辐的组装式车轮结构。建立了组装式车轮13°冲击试验的有限元模型,基于不同应变率下AZ91D镁合金和6061铝合金的材料本构模型分别分析了冲锤正对辐条和正对窗口冲击两种工况下车轮的应变,并研究了13°冲击性能与车轮结构之间的关系。利用网格变形技术建立了组装式车轮在两种工况下的参数化模型并定义了12个设计变量,使用Isight软件平台集成DEP-MeshWorks和LS-DYNA软件建立车轮多目标优化模型,利用最优拉丁超立方和Box-Behnken设计拟合了径向基RBF网络近似模型并验证了近似模型的精度。利用所建立的近似模型,以车轮质量和冲锤正对辐条冲击时轮辐的最大应变最小为目标,其余应变为约束,采用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对车轮进行了多目标优化设计。得到了Pareto前沿,综合考虑了车轮13°冲击性能条件下,选取了一个妥协解作为优化设计结果。结果表明:在满足车轮各项13°冲击性能要求的条件下,优化得到的组装式车轮与同型铸造铝合金车轮相比减重30.65%。     

考虑碰撞工况的车架轻量化设计

针对车辆行驶安全的前提下结构的轻量化设计问题,本文以某公司城市客车为研究对象,利用Solidworks软件简化模型,进行参数化设置,并导入Workbench中进行正面碰撞仿真,得到优化前车架变形量。选取车架7个横梁结构尺寸作为优化变量,以车架质量最小作为优化目标,以最大应变作为约束,结合Kriging近似模型和NSGA-Ⅱ算法,对车架进行多目标优化,得到Pareto前沿解集,从中选取最优解验证其车架的轻量化效果。研究结果表明,客车车架质量减轻了8‰,碰撞产生的变形满足碰撞要求,优化效果较好。该研究具有一定的实际应用价值。     

基于Kriging模型的主轴箱多目标尺寸优化

以自研五轴工具磨床为研究对象,利用Inventor建立其三维模型,导入ANSYS Workbench建立其整机有限元模型,通过对整机的模态分析与谐响应分析确定主轴箱为影响整机动态特性的关键部件。对主轴箱进行静动态特性分析,以主轴箱1阶固有频率、几何质量与最大变形量为目标函数,以主轴箱各壁厚以及斜度等为设计变量,基于Kriging法建立其响应面模型,对其进行多目标优化,从而得出最优Pareto解集,最后对优化后主轴箱进行验证。结果表明：主轴箱的1阶固有频率从113.03 Hz提升至144.50 Hz,提升了27.84%,几何质量减少了3.83%,最大变形量减少了10.31%,主轴箱综合性能显著提高。     

基于智能算法的汽车气动外形参数多目标优化

为了对汽车外形进行优化设计,利用CFD软件与智能算法相结合的方法,以在天窗微开高速行驶状态下的汽车为优化的对象,选取气动阻力最小、气动升力为0、天窗后缘压强最小为`优化目标,以汽车关键外形参数为设计变量,对汽车气动外形进行多目标优化设计.同时,应用了数据挖掘技术评价设计变量与3个目标函数的影响关系,选取优化后的最佳关键参数制作汽车模型并进行风洞试验验证.研究结果表明:通过遗传算法优化的车身外形,在其他设计目标满足要求的条件下成功地将阻力系数降低了9.5%,并通过风洞试验验证了该智能算法结果的准确性.基于智能算法的汽车气动外形设计具有指导意义与实际应用价值,为汽车气动外形的多目标优化设计提供了一种高效、精确、可靠的先进优化方法.     

车辆仪表板横梁轻量化设计

以一汽红旗某车型仪表板横梁总成结构为研究对象,利用有限元的方法对车辆仪表板横梁进行性能分析,首先利用连续变截面(T R B)结构的特点对横梁管梁进行分段,通过中心组合试验方法建立横梁性能的响应面模型,并利用遗传算法进行结构优化;再次对横梁支架进行灵敏度分析,找出对横梁性能影响不大的因素作为优化变量,通过Hammersley试验设计并建立Kriging近似模型,利用多目标遗传算法进行结构优化.结果表明,在不影响各项性能的前提下,通过优化设计方法,使该仪表板横梁总成减重率达7.05％.     

矿用卡车货箱二工况综合轻量化设计

为了提高工程运输车辆的燃油经济性,降低煤炭企业开采成本,以矿用卡车货箱为研究对象,提出一种矿卡货箱的二工况综合轻量化设计方法.首先,建立矿车货箱的有限元模型,分析了满载匀速行驶和举升卸货两种典型工况下货箱的强度性能.以两种典型工况建立参数优化模型,定义5个设计变量,采用最优拉丁超立方抽样法得到样本点,在建立的二工况综合...     

产品全生命周期设计非线性多目标优化方法

为实现产品全生命周期设计全系统、全过程、全性能优化的目的，提出在对生命周期内各环节影响因素分析的基础上，将设计从面向某一特定阶段或特定性能指标的平面式局部规划扩展到立体式整体规划．对立体式生命周期设计的涵义进行了阐释．基于详尽的需求分析和系统分析，以及对影响产品竞争力因素的综合评估，建立了产品立体式生命周期设计非线性多目标优化模型，给出了优化问题求解的方法，并以算例对所给出的模型和求解方法进行了说明．     

搭接焊缝对铝合金焊接结构轻量化设计的影响

为研究熔化极惰性气体保护焊（MIG焊）搭接焊缝的引入对铝合金焊接结构轻量化设计结果的影响,根据焊缝拉伸试验建立了焊缝的壳单元等效模型,并将其嵌入到基于结构参数化模型多目标优化的轻量化设计方法中。结果表明：在考虑焊缝影响后,设计结果满足目标需求并且更接近工程实际,同时还实现了焊缝处应力的合理分布以及更理想的焊缝布局,但质量有所增加。因此,考虑了MIG焊搭接焊缝影响的铝合金焊接结构轻量化设计具有更好的工程实际应用意义。     

Gradient-based Kriging approximate model and its application research to optimization design

In the process of multidisciplinary design optimization, there exits the calculation complexity problem due to frequently calling high fidelity system analysis models. The high fidelity system analysis models can be surrogated by approximate models. The sensitivity analysis and numerical noise filtering can be done easily by coupling approximate models to optimization. Approximate models can reduce the number of executions of the problem’s simulation code during optimization, so the solution efficiency of the multidisciplinary design optimization problem can be improved. Most optimization methods are based on gradient. The gradients of the objective and constrain functions are gained easily. The gradient-based Kriging (GBK) approximate model can be constructed by using system response value and its gradients. The gradients can greatly improve prediction precision of system response. The hybrid optimization method is constructed by coupling GBK approximate models to gradient-based optimization methods. An aircraft aerodynamics shape optimization design example indicates that the methods of this paper can achieve good feasibility and validity. Supported by the National High Technology Research and Development Program of China (“863” Program)     

基于构件内力优化的车身结构轻量化设计

针对细长杆件的轴向承载能力要远大于其他非轴向的承载能力的特性,提出了基于构件内力优化的车身结构轻量化设计理念。从构件受力合理的角度来实现客车车身骨架轻量化,即通过对整车结构的力流分析,得到车身结构整体及主要构件受力特性,找出整车骨架中的高应力及低应力区域。进一步对高应力或低应力杆件的内力成分和应力成分进行分析。在保证强度的基础上,从结构受力合理的角度出发,挖掘整车轻量化的潜力。最后结合某款全承载式客车进行了相应的轻量化设计,在降低结构最高应力的前提下实现减重220kg。     

利用GEK代理模型的天线快速多目标优化设计

传统方法进行天线优化设计主要利用经典优化算法调用电磁仿真软件,在求解复杂天线的多目标优化问题时效率不理想．针对该问题,在多梯度下降算法中引入遗传算子,提出了一种高效的全局多目标优化算法--混合遗传算子多梯度下降算法．该算法调用梯度增强型克里金模型进行天线优化．梯度增强型克里金模型建模所需的样本规模小、时间短,并且避免了电磁仿真软件的反复计算．利用该算法优化加载各向异性Ⅰ型周期结构覆层的警用超短波宽带单极子天线和某型直升机机载专用通信系统天线及其抗干扰阵列,在达到相同优化效果时,所需的模型仿真次数为利用改进的非支配排序遗传算法调用电磁仿真软件进行优化的10.30％和18.96％,验证了该优化算法的高效性．     

寒冷地区模块化钢框架结构多目标优化设计方法

针对寒冷地区模块化钢框架结构节能性与经济性之间的矛盾问题,对模块化钢框架结构能耗和成本两个设计目标进行同步优化研究。根据模块化钢框架结构的特点进行参数化设计研究,提出在不同建筑尺寸下模块化钢框架结构的BIM模型自动建模方法;在Energyplus建筑能耗分析软件计算数据的基础上,采用多种机器学习算法进行建筑能耗预测,建立一种高效精确的建筑能耗预测模型;联立建筑能耗预测模型和建筑成本计算公式,在满足结构承载力的约束条件下,基于NSGA-Ⅱ算法进行模块化钢框架结构能耗和成本的多目标优化设计,生成帕累托最优解集。多目标优化设计方法解决了模块化钢框架结构“能耗+成本”的多目标一体化设计难题,推动了模块化钢框架结构的智能化升级,实现了模块化钢框架结构设计的快速高效化。     

整体式柔性机构的多目标可靠性拓扑优化设计

在用多目标连续体拓扑优化方法设计整体式柔性机构时,将材料弹性模量和外载荷视为随机变量,因而作为目标函数的机构应变能和交互势能亦为随机变量．采用一次二阶矩可靠性理论中的Hasofer-Lind和Rackwitz-Fiessler方法,推导了应变能与交互势能双模式串联时的系统失效概率的迭代计算公式,建立了一个整体式柔性机构多目标可靠性拓扑优化设计对偶数学模型,采用序列凸规划理论中的对偶算法进行优化求解．以反向器柔性机构设计作为仿真算例,结果表明,随着可靠性约束指标的增大,拓扑优化设计结果趋向保守．     

新型轻钢龙骨结构体系的应用

介绍了一种新型轻钢结构住宅——轻钢龙骨结构体系在建筑、结构和制作与安装上的特点,阐述了其结构设计要点,供工程设计参考。     

关于轻钢住宅的设计探讨

轻钢住宅的建筑和结构设计时，主体结构的选择、围护材料选用，屋、楼面的选取、防火设计等以及施工中应重视的钢结构的防火防腐处理以及砌体与钢梁柱处的防裂处理。     

大型稀疏连续体结构的多目标拓扑优化设计

基于变密度法和数学规划中的序列凸规划优化方法,建立了具有大型稀疏特点的连续体结构的多目标拓扑优化设计模型.以结构的静力学多刚度和动力学特征值问题同时作为优化的目标函数,以设计域中可容许材料的体积百分比作为优化的全局性约束来限制搜索域,用序列凸规划方法中的移动渐近线方法(MMA)作为优化数学模型的求解器.基于Matlab平台,用程序实现了MMA算法,并用典型算例证明了本文研究方法的有效性.     

汽车动力总成悬置系统多目标优化设计及软件开发

建立了动力总成悬置系统六自由度模型,探讨了用于动力总成悬置系统的优化目标,并以此为基础开发了用于动力总成悬置系统性能分析和优化设计的软件———SIMMOUNT。利用该软件对国产某汽车的动力总成悬置系统以能量解耦和侧倾方向传递率的平均值最小为目标函数进行了优化设计,优化后的动力总成悬置系统的隔振性能得到了改善。     

基于自适应响应面法的车身结构轻量化设计

依据现代设计理论和方法,对在承受顶部加压工况下的乘用车的车身结构进行轻量化设计。在车身结构轻量化设计过程中,采用正交实验设计进行样本取样,根据所得样本数据,利用移动最小二乘法构建回归模型,同时为了避免传统响应面法完全依赖于最开始选定的实验点的问题,而选取自适应响应面法为优化手段。利用HyperStudy软件进行优化求解,得到优化后的部件厚度分别为2.0、1.2、1.7、0.5 mm。通过验证,在保证车身顶部安全性能不损失的前提下,使得部件总质量降低了2.23%。