一种基于近似模型管理的多目标优化方法

针对实际工程优化问题,为了提高效率和减少近似模型带来的误差,提出一种基于模型管理的多目标优化方法。利用加强径向基插值函数在整个寻优区域内构造目标和约束的近似模型,结合微型多目标遗传算法寻找当前非支配解。通过模型管理方法更新近似模型,并控制由于近似模型带来的误差和更新次数,最后将误差控制在一定范围内的多个非支配解当作实际问题的解。在测试函数中验证了此方法的效率及非支配解的精度和分布的均匀性。最后成功应用于车身薄壁构件的耐撞性优化中,表明了可用于求解复杂的工程优化问题。     

基于概率-凸集混合模型的汽车正面碰撞结构可靠性优化设计

本文基于概率和凸集模型研究汽车正面碰撞可靠性优化设计问题。根据汽车吸能结构厚度、材料参数等不确定参数类型,分别采用概率和多椭球凸模型进行描述,以汽车正面碰撞安全性可靠性指标为约束,考虑汽车吸能结构质量为优化目标,建立了一种基于混合模型的可靠性优化设计模型。采用拉丁方试验设计构造了目标函数和约束函数的Kriging近似模型,利用功能度量法求解可靠度指标值,通过基于移动因子序列优化与可靠性评定将嵌套优化解耦为单层次优化。实际算例表明算法具有较高的计算效率及精度,对实际设计工作有一定参考价值。     

一种基于信息熵的分布参数结构传感器/激励器优化布置方法

针对用基于有限元方法的离散坐标体系研究传感器优化布置、所得仅为结构真实动力响应近似解直接影响传感器优化布置结果问题,提出基于贝叶斯统计系统识别方法与信息熵理论的分布参数结构传感器优化布置方法。以结构模型修正为目的,用贝叶斯统计系统识别方法识别结构模型参数最优值及不确定性程度,利用信息熵定量表征结构模型参数识别结果的不确定性程度;再将传感器优化布置问题转化为连续数值优化问题,以传感器位置为优化变量,通过遗传算法极小化模型参数识别结果的不确定性(即信息熵)识别传感器的最优布置位置;获得最大结构响应信息量,即识别结构模型参数的不确定性最小。通过双墩带弹性支撑的三跨连续梁桥数值仿真研究对该方法进行验证。     

考虑气指效应的气辅成型穿透行为的工艺优化

以气体穿透相对深度和气指高度作为评价指标来研究气体辅助注射成型中的气体穿透行为,采用Kriging代理模型建立上述两指标与气辅成型工艺参数制件的近似拟合关系,并采用自适应粒子群算法(APSO)进行全局寻优。其中最大气指高度将通过罚函数方法转化为约束条件。应用所建立的优化方案对某汽车车门气辅制件的工艺参数进行优化。算例表明,上述方案优化效果明显,且具有精度高、收敛速度快的特点。     

基于自适应SVR-ELM混合近似模型的镁合金差温成形本构参数反求

为提高差温成形有限元模型的精度,提出自适应SVR-ELM混合近似模型和量子遗传算法相结合用于参数寻优的反求方法。基于镁合金差温成形有限元模型,建立Johnson-Cook本构模型关键参数与成形件温度之间的SVR-ELM混合近似模型,采用启发式算法求解混合模型权系数。基于自适应方法,利用优化过程中的局部解,更新样本库并重新拟合近似模型,通过改进的量子遗传算法寻优以实现镁合金AZ31B差温成形中本构参数的反求。与采用单一近似模型相比,自适应SVR-ELM混合模型精度更好,效率更高。以2011年国际板料成形数值模拟会议(NUMISHEET2011)中提出的十字杯形件差温成形为研究对象,利用该反求模型对本构参数进行反求,基于反求参数进行数值模拟,将获得的温度与试验数据值相比,温度误差为0.39%,说明反求方法有效。研究结果表明利用SVR-ELM获得的本构参数建立的有限元模型能更有效地对实际生产中成形件的缺陷进行预测。     

汽车乘员舱多层吸声材料的多目标优化

建立了汽车的统计能量分析模型,进行仿真与实验的误差分析,验证了所建模型的有效性,然后选取四层吸声材料布置于乘员舱顶棚,采用优化拉丁方法,以其厚度为设计变量,为降低驾驶员耳旁噪声和满足汽车结构轻量化和低成本的要求,以驾驶员头部声腔A声级降低幅度、吸声材料重量、降噪效率、材料价格和性价比为优化目标,选取30个样本点进行试验设计并通过计算得到全部响应值,之后建立了Kriging近似模型,为验证该近似模型模拟精度,任选三个新的样本点分析近似模型和仿真结果间的误差,最后以近似模型为基础执行多目标优化,与吸声材料初始组合相比,A声级降低幅度反而减小了0.289dB,但重量降低了54.8%,降噪效率提高了85.6%,材料价格降低了21.1%,性价比提高了6.0%。     

采用改进Bingham模型的非线性汽车悬架的主共振

采用一种改进的Bingham模型描述汽车悬架中的非线性阻尼力，模型中的各参数具有明确的物理意义。都与阻尼器的特性有关。利用平均法研究了单自由度多频激励非线性汽车悬架系统的主共振，得到了一次近似解。然后，对理论解进行了数值验证，并研究了系统参数对主共振的影响，从而可以更加有效地控制汽车振动。     

基于遗传算法汽车动力总成悬置系统解耦优化

为避免传统优化算法在对汽车动力总成悬置系统优化中陷入局部最优解,采用遗传算法对其进行优化。在深入分析设计变量选取、约束函数的提取及目标函数的选取原则基础上,以悬置刚度为优化变量、固有频率的范围和固有频率之差为约束函数、六自由度方向的解耦率为目标函数,利用MATLAB平台的遗传算法进行优化。开发基于遗传算法汽车动力总成悬置系统解耦优化系统,并对某型号汽车动力总成系统优化。优化结果表明:系统的固有频率的分配和解耦率得到极大的改善,效率和精度都得到很大的提升。     

变截面悬臂梁压电俘能器集总参数模型修正

以变截面悬臂梁压电俘能器为研究对象,推导含端部集中质量的分布参数与集总参数模型运动方程及传递函数,并利用分布参数模型的解析解来修正集总参数模型的近似解。修正分为频率修正和幅值修正,通过分析发现,在梁自由端与固定端宽度比值较大的情况下,系统固有频率近似解的相对误差变大,根据此规律对集总参数模型固有频率进行修正,并在此基础上对相对运动传递函数引入修正系数,对幅值进行修正。通过和文献数据对比验证模型修正方法的正确性,表明其适于得到进一步应用和推广。     

基于响应面方法的叶栅摆动装置有限元模型修正

为提高叶栅摆动装置模态分析与模态试验的相关性,使用响应面方法对有限元模型多个参数进行优化,实现模型修正。首先使用有限元模型进行模态分析,提取整体模态;其次,采用移动传感器方法对大型装配体进行整体模态试验,通过模态判据准则检验模态试验结果、模态参与因子确定主要整体模态;再次,基于有限元模型误差分析,确定对主要部件分别采用不同材料修正参数,通过中心复合试验设计确定样本空间,使用多目标响应面方法对样本进行回归分析,在回归分析的响应面内对待修正参数进行非线性约束优化,得到最优解;最后,使用修正参数重新进行模态分析实现模型确认,并进行动力学计算,与实际测试结果对比。结果表明,修正后的模态分析与模态试验结果相关性提高,前三阶整体模态频率误差均值由9.71%减小至0.73%,振型相关性由0.74提升至0.89。     

The use of rush deliveries in periodic review assemble-to-order systems

We calculate optimal safety stock in a periodic review (T,S) assemble-to-order system having multiple components and multiple finished goods (FGs). Customer orders for FGs arrive according to independent Poisson processes, and cannot be neither backlogged nor lost. In case of potential component stock-out, the studied system uses rush deliveries from suppliers. For this setting, approximate expressions of the optimal safety stock that minimise the sum of inventory holding and rush ordering costs are developed. Exact optimal safety stocks are calculated using Discrete Event Simulation, and compared numerically to the approximate expressions. The model is applied to a first-tier automotive supplier and yields to a significant reduction in terms of inventory holding and rush ordering costs. A sensitivity analysis on relevant system parameters such as components demand, assembly coefficients and unit rush ordering cost is conducted.     

非线性奇异振子的解析逼近解

利用修正的牛顿-谐波平衡法建立了非线性奇异振子的解析逼近周期和周期解．通过改写控制方程和选取简单、合适的校正项对牛顿-谐波平衡法进行了修正.构造的两个解析逼近周期和周期解不仅在振幅和参数全部取值范围内有效且能快速地收敛到精确解；两个逼近周期与精确周期的百分比误差分别低于0.92%和0.09%，后者比已有结果精度高。     

非线性时变结构随机地震响应最优多项式控制

以随机地震动作用下具有Bouc-Wen滞回特性的非线性结构系统为受控对象,开展了最优多项式控制算法研究：包括系统矩阵中Maclaurin展开取初始零值衍生的具有时不变增益矩阵的控制律,和系统矩阵中Maclaurin一阶展开衍生的具有时变增益矩阵的控制律。研究表明,受控结构层间位移响应的变异性明显降低,结构的安全性显著提高。同时,基于时不变增益矩阵的控制律的控制效果在一定程度上受制于控制力施加的大小与系统稳定性之间的平衡关系,而考虑了每一个时间步位移和速度对增益矩阵影响、基于时变增益矩阵的控制律则能以较小的控制出力获得较好的控制效果。     

退化环面上的非线性jerk方程近似周期解的同伦分析方法

用同伦分析法求解退化环面上的非线性Jerk方程的近似周期和近似解析周期解。所得结果表明文中得到的一阶近似周期和一阶近似解析周期解与Gottlieb用低阶谐波平衡法求解得到的结果一样。当参数和初速度较大时,一阶近似周期与精确周期的百分比误差是4.831 8%,而二阶近似周期与精确周期的百分比误差小于0.219 9%。与数值方法给出的"精确"周期解比较,二阶近似解析周期解比一阶近似解析周期解要精确的多。因此,同伦分析法是求解非线性Jerk方程的一种非常有效的方法。     

人群简化模型与人行桥TMD参数设计研究

用两段连续弹性杆模拟静立人体,建立人群-人行桥-调谐质量阻尼器(TMD)振动系统。将静立人群简化建模为单个的广义人体,研究广义人体-人行桥-调谐质量阻尼器振动系统的动力特性及TMD参数设计。运用最小二乘原理确定广义人体的相关参数,通过与已有的实验数据对比,验证了将静立人群简化为广义人体模型的正确性。以均方根加速度作为人体舒适度的优化准则,分析了人行桥TMD的最优频率比和最优阻尼比。         

Seat back and head restraint response during low-speed rear-end automobile collisions

Automobile seat backs and head restraints play a key safety role during low-speed rear-end collisions, yet few studies have explored the effect of collision variables on seat response. In this study, the effects of vehicle speed change and seat belt use on dynamic seat back and head restraint response during low-speed rear-end automobile collisions were examined. Four human subjects were repeatedly exposed to vehicle-to-vehicle rear-end collisions with speed changes of 2, 4, 6 and 8 km/h. Seat back force and deflection, and head restraint force were measured. The point of application of the resultant force applied to the seat back and head restraint were determined. The magnitude and time of peak kinematic and kinetic response parameters were used in a two-way repeated-measures analysis of variance (ANOVA) for speed change and seat belt use. The results showed that 20 of the 24 seat back and head restraint response parameters varied with speed change and none of the parameters varied with seat belt use. Head restraint forces, seat back forces and seat back deflections increased approximately linearly with speed change, whereas time to peak response, direction and moment arm of the forces remained either constant or varied only slightly over the range of speed changes tested.     

Usage patterns and misuse rates of automatic seat belts by system type

This study examined seat belt usage in North Carolina by drivers of 4,151 late model cars equipped with a variety of restraint system types. We measured usage by restraint type (automatic belt, air bag, manual belt), by make/model and by driver characteristics (age, sex, and race). Usage ranged from a high of 94.2% for motorized shoulder belts (but with only 28.6% lap belt usage in these cars) to 73.9% usage of manual lap/shoulder belts in cars equipped with air bags. Various types of misuse of the shoulder belt (e.g. excessive slack, detachment from the door, placement under the arm) were observed in nearly 6% of the sample.     

不同约束体系曲线梁桥震害调查及损伤模式分析

为明确地震作用下曲线梁桥震害成因、结构传力机制及薄弱部位,对采用不同约束体系的曲线梁桥进行震害调查及损伤模式分析。归纳总结了汶川地震中采用不同约束体系的曲线梁桥震害;采用非线性时程方法,对比分析了不同水平地震动作用下不同约束体系曲线梁桥构件损伤状态及损伤顺序,探讨了不同约束体曲线梁桥传力机制及耗能机制。研究结果表明:曲线梁桥典型震害主要表现为主梁刚体移位,并伴有转动,主梁移位易导致其与桥台、挡块等发生碰撞,抗震分析中应考虑主梁双向碰撞效应的影响;约束体系为桥梁系统关键薄弱部位,在地震作用下易发生损伤,可将其设计为"保险丝式"单元;不同约束体系曲线梁桥的震害表现及传力机制差异明显,主要取决于约束体系的力学特性,对于采用橡胶支座的桥梁应设置合理限位装置,设置固定墩的桥梁应加强桥墩塑性铰区设计。     

不同约束情况下双矩形断面的涡振性能分析

双矩形断面间存在显著的气动干扰效应。通过开展一系列节段模型测振和动态测压风洞试验研究宽高比为5∶1的双矩形断面的涡振性能;经测振试验得到上、下游断面均固定、仅上游断面固定、仅下游断面固定和两幅断面均自由4种情况下双矩形断面的涡振响应;并从平均风压系数分布、脉动风压系数分布、分布涡激气动力与整体涡激气动力的相关系数、分布涡激气动力的贡献系数以及卓越频率处的涡激气动力系数幅值等时域和频域统计特性分析了双矩形断面的涡振机理。结果表明:两幅断面均自由时上游断面的涡振响应相比下游断面固定时有所减小,而下游断面的涡振响应相比上游断面固定情况下显著增大;固定与否对于下游断面竖弯和扭转涡振影响相比对于上游断面更加显著;双矩形断面迎风面和背风面分布涡激气动力对整体涡激气动力的的贡献较小,可以忽略其影响;上游断面下风侧区域以及下游断面上风侧区域的分布涡激气动力对整体涡激气动力的影响从相关系数、贡献系数以及卓越频率处的涡激气动力系数幅值等角度来看均较为显著。总体而言不同约束情况下统计参量分布较为类似,但数值上的差异不可忽略。     

落石冲击作用下环形网耗能性能的理论及数值模拟研究

本文推导了环形网中单个圆环耗散能量的计算公式,建立了两种不同约束条件下环形网受落石冲击的计算模型,讨论了环形网耗能的计算方法。采用LS-DYNA软件对两种模型下环形网受到落石冲击作用的力学性能进行了数值模拟分析,对比分析了两种模型对环形网耗能性能的影响,同时对模型2中影响环形网耗能性能的因素进行了参数分析,并与理论计算结果进行了比较,理论计算结果能较好的预测环形网吸收的最大能量,可为环形网耗能性能的评价及应用提供一定的参考依据。