基于ADAMS的钻装机扒斗机构优化仿真分析

文中基于动力学软件ADAMS对扒斗机构进行优化分析,在阻力载荷不变的情况下通过优化铰点位置以达到油缸受力最小的目的.具体方案是以油缸受力最小为目标函数,参数化铰点坐标,对生成的变量进行灵敏度分析,找出对目标函数灵敏度较高的坐标变量,继而对这些变量进行优化分析,找出收敛解.该研究对扒斗机构及钻装机的设计具有一定的意义.     

遗传算法在油气悬架参数优化设计的应用

油气悬架输出特性的主要结构参数对整车平顺性有重要影响,基于此并结合油气悬架结构特点,提出油气悬架设计的目标函数;以该目标函数为基础,建立了多工况下的总体优化目标,根据正交试验的结果选取对整车平顺性影响较大的结构参数作作为设计变量,采用遗传算法优化工具对参数进行优化分析,找出各个设计变量针对总体优化目标的全局最优解,通过整车动力学模型对设计变量的最优解进行验证。研究方法和研究成果,为油气悬架结构参数的选取提供一定的理论指导和依据。     

行星变速器的模糊可靠性多目标优化设计

以提高行星传动系统效率和增大系统可靠性并尽量减轻整机的重量为目标函数,通过线性加权函数法确定目标函数的数学模型,采用设计变量规格化的方法确定加权因子,基于模糊数学理论的可靠性约束条件以及功能进行几何约束,运用Matlab优化工具箱进行优化,对三个局部最优解叠加计算,保证了优化参数是满足目标函数的全局最优解.通过实例表明...     

工程稳健优化设计

本文从工程设计观点讨论了设计解的稳健性、稳健设计和稳健优化设计的基本概念,提出了一种基于随机优化技术的稳健优化设计的建模原理和求解算法,这一方法将通过调整设计变量的名义值和控制它的容差来考虑可控变量和不可控参数的变差对产品质量的影响,以提高设计解的可行稳健性和质量函数的不灵敏性。     

基于参数化建模的悬臂结构优化设计

参数化设计方法中初始参数通常是凭借设计经验或参考以往的设计,之后对模型进行仿真分析,确定其是否满足设计要求。针对方法中存在的主观性和设计效率问题,给出一种快速获取最优建模参数的方法。首先将机械结构的参数化尺寸定义为变量,根据结构的设计要求建立目标函数。然后利用MATLAB求解目标函数的最优解,该最优解就是参数化尺寸的最优值,从而实现机械结构的优化设计。文中通过一设计实例,介绍了该方法的设计思路与设计过程,验证了其可行性和有效性。     

基于NACA翼型参数化方法的气动优化设计

采用NACA四位数翼型的中弧线结合厚度分布的参数化表达式获得翼型的设计参数,结合经过标准算例验证的基于SST-kw湍流模型的RANS（雷诺平均N-S方程）计算方法,实现对于翼型的黏性流场分析。采用拉丁超立方法确定DOE（实验设计）中的样本空间,依据约束条件筛选可行解集,使用响应面作为代理模型,采用NLPQL（非线性序列二次规划法）求解代理模型中的最优解,对最优解所在设计点进行单独验证,以此构成翼型的气动优化设计框架。在该框架下针对翼型的特定亚音速工况,开展减阻的优化设计,以翼型最大相对厚度、最大相对弯度以及最大弯度位置作为设计变量,阻力系数作为优化目标函数,并以升力和厚度限制作为气动和几何的约束条件。翼型在设计工况下的阻力系数优化结果与其他文献中的CST（类/形函数转换）参数化方法相比,设计变量更少且优化结果相当,表明该优化设计框架相对高效,具有实用价值。     

基于6σ的稳健优化设计在薄板冲压成形中的应用

薄板冲压成形过程中,其设计变量和噪声因素都具有一定的波动,都存在不确定性。传统的优化设计由于忽略不确定因素的影响,当设计变量产生波动时,往往会导致设计最优目标超出约束界限或者目标函数对设计变量的波动极为敏感,从而使设计失效。采用自主开发的STLMesher软件建立了模具的参数化模型,在此基础上将试验设计、能代表实际冲压过程精度较高的近似模型和蒙特卡罗模拟技术相结合,构造了基于产品质量工程的6σ稳健优化设计方法。该方法在设计初始阶段就考虑了各种不确定因素的影响,因此在获得近似最优解的同时能够提高设计变量的可靠性和目标函数的稳健性,大幅提高产品的质量。在优化过程中调用的是近似模型,能大大减少调用有限元模型的次数,提高优化效率。算例表明,该方法具有较高的精度和较强的工程实用性。     

基于多学科优化方法的机车车体轻量化

介绍了基于多学科优化平台Isight的机车车体轻量化优化方法,该方法包括确定设计变量和约束变量、选定参与优化计算的设计变量、优化解的确定方法、优化解全工况验证等主要内容,使用该方法对某机车车体进行优化,车体减重达到10%,减重效果显著。     

复合材料起落架舱门结构优化设计

基于有限元软件ANSYS建立复合材料起落架舱门参数化有限元模型,基于三明治夹芯板理论将蜂窝芯层等效为均质的厚度不变的层板,以蜂窝夹芯高度与复合材料面板各铺层厚度为设计变量,以铺层板、蜂窝夹芯的强度,结构稳定性以及结构刚度为约束函数,以结构质量最轻为目标函数,基于ANSYS优化模块首先选择零阶法进行优化得到粗略解,其次选择一阶梯度优化法进一步对夹层结构进行优化设计,得到最优蜂窝芯子厚度、蒙皮各铺层厚度.     

多工况载荷下连续体结构柔顺度拓扑优化问题的新的求解方法

针对以多工况载荷下结构柔顺度最小为目标函数,结构体积为约束条件的优化问题,提出了一种新的拓扑优化求解方法。首先,参考限界公式法,通过一个限界变量将原多个目标函数转化为约束条件,引入一个新的该限界变量的二次函数作为目标函数。同时,结合变体积约束限技术,建立新的近似拓扑优化模型。然后,基于有理近似材料模型和移动渐进线方法,给出了目标函数和约束函数及其导数的显式近似式。利用光滑化对偶算法,构建了具有收敛性的多工况载荷下连续体结构的柔顺度拓扑优化算法。给出的算例结果表明,与现有方法比,该方法可获得更优解或可高效地获得相同的优化解。且所提方法可稳健地获得清晰0/1分布的优化结构拓扑。     

基于多目标优化的乘用车后排座椅轻量化设计

提出第二代非劣排序遗传算法(NSGA-II)结合响应面法(RSM)-径向基神经网络方法(RBF)混合近似模型和逼近理想解排序(TOPSIS)方法对某乘用车后排座椅进行结构-材料一体化多目标轻量化设计研究。结合有限元理论建立仿真模型,并通过行李箱碰撞试验验证仿真模型的正确性,根据工程经验和座椅靠背骨架吸能分析确定了6个优化部件厚度、材料的设计变量及取值范围;采用RSM-RBF混合近似模型方法拟合设计变量与响应之间的关系;利用NSGA-Ⅱ算法对优化问题进行求解,得到Pareto最优解集。最后采用基于熵权TOPSIS方法对Pareto最优解集进行排序确定最佳折中解。结果表明:在满足各项安全性能法规的前提下,乘用车后排座椅减重3.57 kg。     

三级斜齿圆柱齿轮减速器优化设计

传统的减速器设计以设计者的经验为基础,设计方案往往不是最优的,而对于三级斜齿圆柱齿轮减速器的设计,这一缺点更突出。为保证齿轮的承载能力和性能规格,实现三级减速器的体积、重量最小,文中以优化设计理论为指导,以各级齿轮中心距之和最小为目标函数,通过变量的选取、约束条件的确定,建立了三级斜齿圆柱齿轮减速器的优化设计数学模型,借助MATLAB优化工具箱寻优计算,简化了复杂的编程,提高了设计效率和质量。     

基于特征变量的复杂机械系统优化方法的最优性条件

复杂系统优化设计方法研究是优化设计的一个重要方面，目前，复杂机械系统的优化设计方法主要有直接法和分解协调法，均没有解决复杂系统的优化问题。提出了基于特征变量的优化设计新方法，这种方法在实践中得到了应用，证明是有效的，但该优化方法缺乏理论指导。对基于特征变量的优化方法进行了理论分析，提出了基于特征变量的分级优化结果是原问题最优解的条件，并从必要务件和充分务件两方面论证了该方法优化的结果就是原优化问题的最优解。     

Interactive robust optimal design of plastic injection products with minimum weldlines

A new robust optimal design methodology has been developed and applied to the design of plastic injection molding products. Taguchi’s robust design method and an optimal design search algorithm are integrated with a commercial CAE simulation tool. A direct search-based optimization procedure is implemented with the considerations of process variations as well as uncontrollable noise variables. The Interactive Design Space Reduction Method (IDSRM) based on orthogonal arrays for design of experiments is developed as a general optimization tool. Using the system, designers can interactively adjust the design space during the searching process for the optimal solution based on the outcomes of the experiments. The developed methodology is applied to an industrial application: a molding process design of an automobile front bumper to minimize the weldline, a form defect of plastic parts. Compared with the initial design solution, the optimized design aided by the proposed methodology shows a more efficient and better result in terms of design robustness against process variations.     

Identification of key design parameters of high-speed train for optimal design

As a complex mechatronic system, the running stability, safety, and comfort of high-speed train are affected by many design variables. It is of great difficulty to identify a set of effective design parameters to optimize its running performance. The current simulation systems like the SIMPACK can simulate the running dynamics, but cannot be used effectively for optimal design of the train and rail system because there are too many design variables being supposed to be dealt with. Therefore, there is a need to make a software solution from simulation analysis to optimal design so that the computer-aided design (CAD) and engineering (CAE) can be integrated into an integral design process. This paper presents a new method to identify the key design variables against the running performance indicators based on the sensitivity analysis, which in turn bases itself on simulation-oriented surrogate models. In this way, the optimal design of a high-speed train can be successfully conducted because (1) the surrogate model can reduce the simulation time greatly and (2) the design variable space with the key variables will be reduced significantly. The research shows that this method is of practical significance for speeding up the design of high-speed train or similar complex mechatronic systems.     

基于MATLAB的机床主轴结构优化设计

介绍了机床主轴的结构,建立了以质量最轻为目标函数的优化模型,运用MATLAB优化工具箱中的fmincon函数对其进行优化设计。通过对已有的机床主轴实例进行优化求解和分析,对比优化前后的数据信息,表明优化之后的机床主轴质量更轻,且编程简单,设计效率高。最后绘出了实例的各设计变量和目标函数之间的关系图,并对MATLAB求优的特点进行总结。     

Optimal design of hand-carrying rocker-bogie mechanism for stair climbing

Transporting heavy packages while climbing stairs can be a very difficult or dangerous task. In situations where this task is frequently required such as construction sites, workers would use equipment such as a back rack for convenience, but still it becomes a difficult task as the weight increases. In this paper, we propose a stair climbing hand-carrying cart based on the rocker-bogie mechanism. We conduct an optimal design of the kinematic variables of the rocker-bogie mechanism for stable stair climbing using Taguchi methodology. Fluctuations and a tilted angle during stair climbing are considered to formulate the objective function. Three different shapes of typical stairs are selected as user conditions to determine a robust optimal solution. The results are verified by experiments using a testing set-up of three stair profiles, and the experimental results are compared with simulation. We expect that the results of this research can be applied to stair climbing robot design.     

一种基于证据理论的可靠性设计方法

证据理论是一种用于描述不确定变量的非连续概率模型,本文提出一种基于证据理论的可靠性设计方法。在该方法中,将证据理论视为具有一定非精确概率分布的区间模型,运用区间模型的功能度量法,通过在约束函数中改变优化变量的取值摄动起作用约束中的不确定变量从而求得问题中不确定变量的最不可靠点,再综合运用序列优化策略与基于信赖域的响应面方法求得系统的最优解。算例表明,此方法能够解决基于证据理论的单学科及多学科可靠性设计问题并且具有较好的计算效率。     

基于组合优化策略的动车组悬挂参数优化设计

为快速获得改善车辆横向平稳性的最优悬挂参数,提出基于自适应模拟退火算法和非线性序列二次规划算法的组合优化策略对动车组悬挂参数进行优化设计。建立动车组动力学模型,利用最优拉丁超立方抽样方法选取对横向平稳性影响较大的悬挂参数作为设计变量;以横向平稳性为目标函数构建Kriging代理模型,并利用可决系数检验代理模型精度;采用自适应模拟退火算法对代理模型进行全局范围内初步寻优,在初步最优解的基础上采用非线性序列二次规划算法进行局部空间精确求解。研究结果表明,基于Kriging代理模型和组合优化策略的优化效率明显提高,车辆横向平稳性得到显著改善,并且优化前后运行稳定性均满足要求。     

基于CAD模型的齿轮辐板优化设计

对一种基于二维CAD模型的齿轮辐板优化设计方法进行了研究.探讨了其优化数学模型的建立方法,包括设计变量的选择、目标函数的确定及约束条件的选取.讨论了模型的数据结构及有关参数的计算,开发了齿轮辐板优化设计通用计算程序.并对某直升机减速器中的一薄辐齿轮辐板进行了优化,有效地减轻了齿轮的重量,取得了良好的效果.