典型三维机械结构拓扑优化设计

为了提高拥有数万个单元以上的三维机械结构拓扑优化的计算效率, 基于渐进结构优化方法, 并结合结构位移计算的迭代方法, 建立一套三维机械结构拓扑优化的求解策略和算法.然后, 构建分别用于结构分析和结构优化迭代的两套数据流和它们间的映射方法, 研究和开发三维机械结构拓扑优化设计软件.完成几个典型和复杂的三维机械结构的仿真优化设计.设计结果表明,发展的方法和软件是正确和有效的, 且具有广泛的工程应用前景.     

基于蚂蚁算法的机械结构优化设计

蚂蚁算法是近年来出现的仿生优化方法,该算法所具有的正反馈性、协同性及隐合并行性,使之成为一种具有广阔应用前景的优化算法。本文首先介绍了蚂蚁算法的基本原理及其编程方法,接着分别用五杆超静定桁架结构和齿轮减速器结构的优化问题对该算法进行考核。求解结果经与其它优化算法相对比,证实蚂蚁算法在求解机械结构优化问题上也可以获得较为满意的效果。     

基于模拟退火粒子群算法的圆柱齿轮减速器的可靠性优化

模拟退火粒子群算法将模拟退火思想引入具有杂交和高斯变异的粒子群算法中,是一种简单快速的随机全局优化算法。将模拟退火粒子群算法与可靠性优化设计理论相结合,建立了最大化减速器传动系统可靠度的优化模型,提出了基于模拟退火粒子群算法的圆柱齿轮减速器可靠性优化方法。利用该优化方法进行一圆柱齿轮减速器的优化设计,其优化结果明显优于基本粒子群算法、混合罚函数法和传统设计方法。算例表明,该优化方法具有全局收敛且精度高的优越特性,是一种有效的可靠性优化设计方法,并对其他机械部件可靠性优化具有一定的参考意义。     

电子装备机械环境适应性指标优化方法研究

为了提高电子装备系统总体设计和指标分配能力,文中提出了一种电子装备系统机械环境适应性设计指标优化分配方法。该方法将最优化理论引入电子装备各级结构机械环境适应性设计指标分配的过程中,指导电子装备系统机械环境适应性设计指标分配过程,并提高指标分配的精准性,是一种值得推荐的总体设计方法。文中首先简单介绍了最优化方法的理论基础,并详细描述了电子装备系统机械环境适应性设计指标优化分配的建模过程,包括优化目标的确定、约束条件的设置、求解算法等。然后以某机载电子装备为例,依据此方法对其各级结构的环境适应性设计指标进行了优化分配。结果表明该方法切实可行。     

汽车结构轻量化的研究与进展

汽车结构轻量化作为节能减排的一种有效方法,对于改善能源与环境问题具有重要意义。首先对汽车结构轻量化的主要方法进行了总结,包括尺寸优化、形状优化、拓扑优化和多学科多目标优化;接着介绍了几种常用的优化算法:基因遗传算法、神经网络法和微粒子群算法等;然后分析了结构轻量化设计的主要技术难点;最后对汽车结构轻量化的发展进行了展望。     

基于有限元分析技术的大客车车门结构拓扑优化设计研究

阐述和分析了运用有限元分析方法进行机械结构拓扑优化设计的基本原理和所涉及的关键问题。对某型大客车车门结构进行了拓扑优化有限元计算分析与研究。结果表明，应用有限元法进行机械承载结构拓扑优化设计一种有效的优化方法，可为机械结构及零部件轻量化设计提供重要的概念化设计参考。     

基于Elman神经网络与PSO算法的机械密封端面摩擦状态识别

声发射法可用于监测机械密封工作过程中端面的摩擦状态。为准确提取机械密封端面声发射信号特征,提出了一种利用PSO算法(Particle Swarm Optimization,粒子群优化)对Elman神经网络进行优化的方法。采用该方法对机械密封端面的摩擦状态进行识别,并比较了优化前后神经网络对机械密封端面摩擦状态的识别率。结果表明:经过PSO算法优化后的Elman神经网络对机械密封的端面摩擦状态有更高的识别率,从而实现了对机械密封端面摩擦状态实时有效的监测。     

基于改进的BP-Adaboost算法的机械结构可靠性分析

由于目前机械产品结构越来越复杂,很难用具体的函数来表达其功能函数。人工神经网络可以用来逼近其功能函数,但是存在易收敛到局部最优解、速度慢和精度低等问题。本文将改进的Adaboost算法与思维进化算法优化的BP神经网络模型相结合,提出一种基于改进的BP-Adaboost算法模型的机械结构可靠度计算方法。通过算例分析,所提方法计算结构可靠度的精度比传统的BP-Adaboost算法模型更高,且更接近于蒙特卡洛模拟计算的结果。     

用拓扑优化方法进行热传导散热体的结构优化设计

分析了拓扑优化中的材料密度方法和优化准则数值求解算法,将结构力学中的拓扑优化方法应用到热传导结构的优化设计中,建立了热传导结构的拓扑优化数学模型,以设计具有最佳散热效果情况下的结构拓扑分布,为传热体的结构优化设计提供了一种有效的新思路和方法。     

动车组底部智能巡检机器人机械结构参数优化

采用当前方法优化动车组底部智能巡检机器人机械结构参数时,由于在构建参数优化函数过程中未考虑机械结构参数约束条件,使得最终优化效果差、优化后巡检机器人运动性能差,因此,提出新的动车组底部智能巡检机器人机械结构参数优化方法。根据动车组底部巡检机器人故障检测过程中,机械探测装置因电压正负极排斥产生的位移倾角,推导巡检机器人动力学方程,并将这一方程输出的巡检机器人机械结构参数矩阵与参数约束条件相结合,构建机械结构参数优化函数,利用量子进化算法求解该函数,根据函数输出结果实现巡检机器人机械结构参数优化。实验结果表明,所提方法优化效果好,优化后巡检机器人运动性能强,实际应用效果更好。     

粒子群优化算法及其在结构优化设计中的应用

介绍了粒子群优化算法的原理和实现方法,分析了该算法的主要参数对搜索方向的影响。将粒子群优化算 法与遗传算法在优化过程和搜索技术方面进行了对比。利用粒子群优化算法与遗传算法分别对测试函数和桁架结 构优化设计问题进行求解,将两种算法的计算结果进行了对比。计算结果表明在满足相同的计算精度的前提下,粒 子群优化算法的效率更高,利用粒子群优化算法可求解机翼结构优化设计问题,因此,粒子群算法是一种有效的优 化方法,适用于大型复杂结构优化设计。     

混沌优化方法及其在机械工程中的应用

利用混沌运动的遍历性、内在随机性、“规律性”等特点 ,结合MATLAB5 .3.1高级程序设计语言的优化工具箱 ,提出了一种混沌约束优化算法。运用该算法编写了MATLAB优化的通用程序 ,并对机械工程中的优化问题进行了研究 ,得到了可靠且比现有广泛使用的优化方法更为有效的优化结果 ,具有很好的全局搜索能力。该算法简单、易于实现 ,求解精度、求解速度和可靠性较高 ,满足约束的效果较好 ,而且能处理混合离散优化变量 ,它为机械优化设计提供了一种实用方法与工具 ,值得推广与使用。     

改进鲸鱼优化算法在机械臂时间最优轨迹规划的应用

针对机械臂时间最优轨迹规划问题,提出一种改进鲸鱼优化算法的最优轨迹规划方法。首先把机械臂各个关节的角度、角速度、角加速度作为约束参数,在关节空间中采用五次多项式插值构造机械臂的轨迹,然后建立以机械臂运行时间最优为目标的目标函数,采用改进的鲸鱼优化算法（IWOA）来对时间进行优化,提高机械臂的运行效率。最后通过MATLAB进行仿真,结果表明,改进的鲸鱼优化算法相较于其它同类算法求解精度更高,收敛速度更快,并且经过IWOA和轨迹优化结合得到的机械臂的位移、速度和加速度曲线都是平滑的且没有明显的突变,验证了该轨迹规划方法的有效性。     

基于改进灰狼算法的冗余机械臂轨迹跟踪与避障

本文将冗余机械臂的轨迹跟踪和避障规划统一为优化问题,提出了一种基于改进灰狼算法的避障跟踪优化器。首先,基于包围盒法对避障空间进行了建模,使用GJK算法计算机械臂与障碍物之间的最小距离。其次,设计了适应度函数,引入避障奖励项对优化器进行主动奖励,使机械臂在跟踪目标轨迹的同时避开障碍物。然后,使用随机分散策略对灰狼算法进行了改进,以增强算法的全局搜索能力,从而更好地求解优化问题。最后,使用九自由度冗余机械臂验证了所提出方法的有效性和优越性。实验结果表明：对于圆形目标轨迹,机械臂的末端跟踪误差为0.21 mm;跟踪过程中,机械臂与障碍物的距离不小于70 mm;相比于经典灰狼算法,改进灰狼算法使跟踪精度提高了13%。本文提出的避障跟踪优化器能以毫米级的精度同时满足冗余机械臂的轨迹跟踪和避障任务;改进的灰狼算法能有效提高经典灰狼算法的收敛精度。     

热弹性结构全局应力约束拓扑优化设计

针对静强度失效问题,提出一种基于全局应力约束的热弹性结构拓扑优化设计方法。考虑热载荷和机械载荷共同作用下,以结构的体积最小化为目标函数,利用应力松弛方法来消除奇异解现象,采用改进的P范数方法将所有的单元应力凝聚化为一个近似等于结构最大应力的全局应力,利用全局应力作为约束,建立热弹性结构全局应力约束拓扑优化模型,采用移动近似线算法进行拓扑优化问题的求解。数值算例表明热弹性结构全局应力约束拓扑优化设计方法是有效的。随着温度载荷增大,应力约束拓扑优化获得的拓扑结构不同,最优结构的用材有所增加。     

基于FWA的柔性机械臂振动抑制轨迹规划

为抑制柔性臂柔性关节的弹性振动,提出一种FWA优化算法结合傅里叶级数的轨迹规划方法。采用Lagrange法建立了柔性机械臂的动力学方程,得到了运动轨迹与残余振动的关系。以傅里叶级数的系数为待优化变量。运用FWA算法,获得待定变量的最优值,使得运动结束后机械臂末端残余振动最小,通过数值仿真验证了这种抑制振动方法是有效的。     

基于竞选算法的机床主轴结构优化设计

竞选算法是一种具有并行能力的启发式优化算法,其搜索机制模拟竞选活动中对支持率的追求动机,将其应用于机床主轴的结构优化设计,并以一个实例分析了设计全过程。首先根据在满足各种约束条件下,使机床主轴刚度最好和材料最省的要求,建立了机床主轴结构优化设计的数学模型,应用竞选算法对问题进行了求解,得到了结构优化设计方案。结果表明,竞选算法在机械优化设计中具有实用性和可行性。     

利用协同优化方法实现复杂机械系统的设计优化

利用协同优化方法实现了四辊轧机机座的结构参数设计优化。根据多学科设计优化对复杂系统进行设计优化的思想,提出将复杂机械系统分解为若干个简单的子系统进行设计优化。协同优化是近年来发展较快的一种多学科设计优化算法,描述了应用于复杂工程系统优化设计的协同优化方法。在协同优化的系统级优化中,引入松弛变量,将一致性等式约束转化为不等式约束,松弛变量的取值影响系统级优化的收敛速度。通过对四辊轧机机座的结构参数设计优化,给出了利用协同优化方法进行复杂机械系统设计优化的一般思路,为解决更为复杂的机械系统的设计优化问题打下了基础。算例证明了协同优化算法解决复杂机械系统设计优化问题的有效性。     

有限元结点编号的综合带宽优化算法

为提高有限元计算效率,减少计算数据所需存储量,提出一种新的有限元节点编号的综合带宽优化算法。即首先提出先用结点跨距或结点商,而不是结点的度,作为GPS算法层内结点的排序标准,获得更合理、更小的带宽;再通过合适的结点交换规则对带宽迭代优化,最终实现渐进式带宽优化的算法。通过对微机械陀螺的实际结点编号,验证了提出的综合带宽优化算法,对离散度大的复杂结构计算,具有后期节点编号方案再优化的优势,对提高计算效率是有效的。     

基于序列二次规划算法的机械弹性车轮的结构优化

在保证结构与实际车轮模型结构相同的条件下,建立机械弹性车轮的有限元模型,实现了车轮受力时的结构协调性和弹簧的回位功能。利用ANSYS软件对车轮进行了有限元分析,得出车轮的径向刚度。根据结构优化问题的特点,以轮辐的每段长度作为设计变量,轮胎径向刚度为优化目标,利用序列二次规划(SQP)算法,对车轮结构进行优化设计。结果表明:基于SQP算法的机械弹性车轮的结构优化,在允许范围内有效的增大了车轮的径向刚度。