基于正交极差分析的青龙河流域HSPF模型参数寻优模式

为评价桃林口水库水文水质状况,建立其上游青龙河流域的BASINs/HSPF水文水质模拟模型.以Nash-Sutcliffe效率系数作为评价标准,联合正交设计和极差分析法进行参数寻优研究和可靠性分析.结果表明:BASINs/HSPF模型参数寻优的正交极差联合分析模式可大幅减小参数的寻优次数和寻优区间,是获得模型灵敏度参数和参数满意解的高效模式,可为模型参数寻优算法开发提供借鉴;应用正交极差分析的参数率定结果,以青龙河流域下游桃林口水库监测点2011年实测径流数据对模型进行验证,验证期(2011年)的Nash-Sutcliffe效率系数为0.79,稍低于率定期(2012年)的Nash-Sutcliffe效率系数(0.81)以及PEST自动校准的Nash-Sutcliffe效率系数(0.84),水质模拟结果也基本吻合;针对青龙河流域BASINs/HSPF模型,应用正交极差分析方法识别出6个高灵敏的BASINs/HSPF模型参数(IRC、INFILT、AGWRC、DEEPFR、AGWETP和LZSN);应用正交极差分析方法获得的BASINs/HSPF模型参数满意解取值区间依次为:LZSN[2.0,6.3],INFILT[0.084,0.167],AGWRC[0.90,0.95],DEEPFR[0.209,0.333],BASETP[0.067,0.199],AGWETP[0.067,0.199],CEPSC[0.14,0.27],UZSN[1.35,2.00],IRC[0.392,0.483].     

降雨输入对青龙河流域HSPF模型模拟结果的影响

为评价降雨输入对青龙河流域BASINs/HSPF模型模拟结果的影响,改善HSPF模型模拟精度,应用趋势成分建模、周期成分建模、相依随机建模和独立随机建模（白噪声）等随机建模程序和蒙特卡洛计算机模拟方法,获得200组降雨随机模拟序列,分别作为青龙河流域BASINs/HSPF模型的输入,以Nash-Sutcliffe效率系数（E_NS）作为模型模拟效果的评价标准,获得如下结论:采用趋势成分、周期成分与ARMA建模以及正态随机模拟获得降雨随机模拟序列是量化降雨输入随机性的可行方法;在模型参数优化的条件下,降雨随机模拟序列HSPF模拟E_NS值的变化区间为[71.09%,74.96%],波动幅度达3.87%,表明降雨输入随机性对于HSPF模拟结果具有显著影响;当考虑每年的日降雨量极大值时,E_NS值变化区间为[75.35%,78.81%],波动幅度达3.46%,且结果均优于没有考虑降雨极大值点的降雨随机模拟序列,表明降雨时间序列的极大值点对于HSPF模拟效果具有显著影响;随着降雨时间序列中所考虑极大值点数量的逐渐增多,HSPF模拟效果出现下降趋势,表明HSPF模拟应特别关注若干最大极值点的影响;降雨输入的不确定性是HSPF模型模拟结果不确定性的重要来源,改善HSPF模拟效果需要考虑降雨时间序列随机性和极值点因素的影响.本研究可为量化降雨输入对HSPF模型模拟的影响以及HSPF模拟的降雨情景优选提供借鉴.     

基于响应面模型的车轮定位参数优化

以某厂家设计的前麦弗逊悬架为例,在ADAMS/Car中建立其运动学模型,以前轮定位参数在轮跳时的合理变化范围为目标函数,以麦弗逊悬架的下控制臂、转向横拉杆及减振器的几何定位参数为设计变量,建立了二阶响应面模型并进行了优化计算.结果表明基于响应面模型的车轮定位参数优化方法效果明显.     

基于序列响应面方法的协同优化算法

分析了响应面协同优化的计算结构，指出影响计算结果准确度的因素，即计算过程中存在选择响应面样本点及响应面更新的问题，这是两个相互耦合的问题。分析了产生这个问题的原因并提出了一种将修正的置信域方法与中心组合设计相结合的序列响应面算法，系统地解决了这个问题。仿真算例表明由该算法得到的结果有很高的精度与鲁棒性，完全可以满足工程计算需要。     

基于响应面法的汽车后桥壳结构参数优化

汽车驱动桥后桥壳质量冗余会造成材料浪费和降低汽车的燃油经济性,开展结构优化与轻量化研究具有重要意义.本文采用响应面法构建后桥壳各部件厚度与应力位移的优化模型.优化结果表明:在保证响应面模型的准确性和精度的条件下,优化效果明显.在满足强度及刚度的要求下,后桥壳质量减轻了3.08 kg,其减重率达18.50%.响应面近似模型与实物会有一定的偏差,但仍可为后续的真实车体后桥壳结构参数优化提供参考.     

基于响应面方法的板壳结构频率约束优化

为了避免复杂的敏度分析,在结构动力优化中引入了响应面方法,建立了频率约束的近似显式表达式．针对板壳结构动力优化问题建立了优化模型,采用Lemke算法进行了运算求解．数值算例验证了该方法的正确性和有效性．     

基于响应面法的钢箱梁桥有限元模型修正

对桥梁有限元模型进行修正,对于提高有限元模型精度具有重要的意义。作者基于实测模态数据,以频率残差作为目标函数,采用中心差分法进行灵敏度分析得到待修正参数,采用正交试验数据拟合得到相应的响应面方程,最后采用遗传算法对响应面方程进行了优化求解。计算结果表明,经过修正后的有限元模型精度显著提高,基于响应面法的有限元模型修正具有思路清晰、求解效率高、精度高等优点。     

莴苣组合干燥工艺参数的响应面法优化

以莴苣为原料,通过试验探讨了在热风真空组合干燥条件下,热风温度、中间转换点含水率、切片厚度和真空度等因素对莴苣组合干燥过程的影响;通过响应面法分析了热风温度、中间转换点含水率、切片厚度及真空度与莴苣复水比、干燥时间之间的关系,建立了其回归数学模型;并利用多目标非线性优化分析法对干燥工艺进行了综合优化,获得了莴苣组合干燥的最佳工艺参数：热风温度50℃,中间转换点含水率（w．b．）40％,切片厚度5mm,真空度20kPa．     

响应面模型在艇型多目标优化中的应用

针对潜器的艇型优化,研究了试验设计、响应面模型技术和多目标优化算法.选择了决定回转体艇型的6个参数,将阻力数值计算结果进行数据回归,建立阻力、体积与型值的二阶多项式响应面模型.然后将阻力最小与体积最大作为回转体艇型优化的两个目标,研究了多目标遗传算法,并给出了 Pareto 最优解集.结果表明,在艇型优化过程中采用近似...     

基于响应面方法的结构耐撞性优化

为了提高结构耐撞性优化的求解效率,采用响应面方法将结构碰撞的响应表示为设计变量的显式函数,构造了2种优化模型.一种是将刚体加速度和侵入变形分别拟合为椭圆和线性响应面;另一种是将刚体加速度和侵入变形均拟合为椭圆响应面.用IS-dyna软件为结构碰撞分析的求解器,采用Matlab优化工具箱进行优化模型的求解,实现了结构耐撞性优化程序.数值算例表明,基于响应面方法的2种优化模型都能高效地解决结构耐撞性优化问题.     

基于响应面法的轴向磁场永磁记忆电机多目标优化设计

针对新型轴向磁场永磁记忆电机的结构优化问题,采用响应面法对电机进行优化设计.通过电磁性能方程和正交实验,初步分析了电机关键参数的影响.为了有效地设计该电机,初步选取了软磁占比、转子极数、气隙长度三个影响因素作为正交试验的设计因子,再采用响应面优化方法,将所选的感应电动势、感应电动势的总谐波畸变率和齿槽转矩三个性能作为优化目标.使用有限元软件Ansoft Maxwell和响应面设计软件Design Expert建立响应面实验,得到电机的不同影响因素组合模型下的仿真参数和拟合曲线.本文结合不同的优化方法,以满足具体的设计要求,理论分析和实验结果都验证了所提出的电机和优化方法的可行性和有效性.通过对试验数据分析对比,得出了优化方案,结果表明:优化设计之后的电机在缩减了永磁材料成本的情况下,还保证了比原电机更优的感应电动势、更小的感应电动势总谐波畸变率和齿槽转矩.     

基于响应面方法的轴承多应力加速模型建模与验证技术

针对轴承加速寿命试验中多应力加速模型欠缺、失效规律认识不到位等科学问题,首先,深入分析真空、温度、预紧力、转速、微重力环境下,液体润滑轴承的界面微观失效模式及机理;然后,推导和建立考虑上述多应力综合作用机理的微观接触统一润滑模型,研究给出基于改进牛顿-拉夫逊法的数值解算方法;其次,设计5因素5水平的正交仿真方案,开展真空、温度、预紧力、转速、微重力的失效规律仿真与分析,获得微观接触界面膜厚、压力峰值、摩擦系数、最大下表面应力随应力水平及接触区尺寸变化的失效响应值;最后,建立了基于响应面方法辨识真空、温度、预紧力、转速、微重力水平与失效响应值之间的多应力加速模型,并对其进行试验验证及工程应用,奠定了空间轴承加速寿命试验的模型基础.     

基于响应面的柔轮应力和刚度分析

针对柔轮的小体积、高刚度、高寿命的设计要求,在理论上建立弹性齿圈受力模型,探究设计时结构间的尺寸搭配与补偿方法. 基于响应面法和中心复合设计（CCD）采样方法,在ANSYS Workbench中进行参数化建模和有限元分析,得出应力和刚度对结构参数的响应曲面（线）,分析各结构参数对应力和刚度的影响规律. 分析结果表明,在柔轮的小体积设计中,可以减小径向变形量以抵消半径减小时增加的应力,减小壁厚以抵消筒长减小时内壁产生的应力. 柔轮的小体积设计会使承载能力减弱,加剧齿圈后端的应力集中和疲劳破坏. 应在保证啮合状态和承载能力的情况下,增大厚径比,减小径向变形量,以减轻齿圈后端的应力集中现象. 通过响应面法得出关于柔轮应力和刚度的回归曲线,可以用于设计时获取最优值.     

结构可靠度分析的响应面法和随机响应面法的比较

从拟合功能函数方法、计算精度与效率、收敛性等方面对响应面法和随机响应面法进行了系统地分析.算例表明:与响应面法相比,随机响应面法实现了真正意义上的非侵入式分析.响应面法采用二次多项式响应面函数仅仅在验算点附近能较好地拟合真实功能函数,而随机响应面法采用高阶Hermite随机多项式,能在整个空间上很好地拟合真实功能函数.当随机变量个数较少时,随机响应面法的计算精度和效率均优于响应面法.并且随机响应面法可进行自身的收敛性分析,确定最优阶次的计算结果作为精确解,其收敛性也优于响应面法.     

可靠性分析的改进加权响应面法

为了克服响应面法(Response surface method简称RSM)在计算大规模工程时效率低下和计算可靠性指标敏感度时偶尔误差大的问题,提出一个高效率的改进加权响应面方法.此方法首先构造一次响应面函数,然后在可能存在失效点的被缩小范围内采用轴向采样来得到样本点,构造二次响应面函数;通过从之前的样本组里增加新的样本点,给予靠近失效点的样本点更高的权重来更新响应面函数.通过几个算例表明:比较双加权响应面方法,此方法具有更高的准确性和计算效率.     

基于人工神经网络响应面技术的多学科优化方法研究及应用

在常用的非层次型多学科综合优化算法基础上,提出了基于神经网络响应面多学科优化算法(ANNMDO),是一种二级结构优化方法,子学科在优化时只需满足本学科的局部约束,学科层优化目标是使该学科优化设计方案与系统层提供的目标方案差异最小,系统层提供一种协调各个学科优化结果冲突机制,并且所需学科层信息通过神经网络响应面获取.最后将协同优化算法(CO)、并行子空间优化算法(CSSO)、ANNMDO算法应用于齿轮减速箱算例,验证了本文算法的高效性.     

粒子群算法在新安江模型参数优选中的应用

对粒子群算法进行了详细描述和分析,并将其应用于新安江模型的参数优选中.对于人工生成的理想水文资料,采用粒子群算法优化新安江模型,可以使全部参数收敛到真值;对于实测的水文资料,通过与单纯形混合加速遗传算法(SAGA)和单纯多边形进化算法(SCE-UA)进行比较,可以看出,粒子群算法全局收敛性能较好,计算效率和精度较高,是一种有效的新安江模型参数优选方法.