基于Kriging代理模型的结构形状优化方法

任何机械零件都是由结构尺寸和形状构成.通过常规设计手段,一般确定零件的整体结构尺寸,但大量局部的尺寸决定了零件形状.而零件的失效往往与零件形状是否合理密切相关.形状优化技术一般以有限元技术为基础,通过边界的迭代过程获得形状优化.文中结合试验设计技术和近似代理技术,利用少量样本点建立高精度分析模型,代替原有零件模型,在代理模型上寻找符合约束条件的结构参数,从而获得零件的形状优化.首先阐述了该优化方法的设计思想和理论基础,最后以六角钢盘的结构优化为例说明了该方法的具体应用过程.     

基于Kriging代理模型的离心通风机叶片优化

为了提高离心通风机的气动效率,进而实现节能减排和保护环境,提出了一种基于Kriging回归的代理模型用于离心通风机的气动优化。首先,通过拉丁超立方采样设置初始样本点,构建样本点对应下的离心通风机结构模型;进而用CFX软件计算其结构参数对应下的气动性能响应参数;其次,构建Kriging回归的代理模型用于表征初始样本点参数与气动性能响应参数间的耦合对应关系;最后把代理模型嵌入到智能优化算法中,并以气动效率最大为目标进行函数迭代寻优,进而寻得最佳的叶轮结构参数,优化后风机的工况效率从76%提高到80.9%,气动效率明显提高。     

含油膜润滑间隙铰接副的多体动力学分析

针对含油膜润滑间隙铰接副的多体动力学问题,采用挤压油膜润滑力约束替代运动学约束的方式构建间隙铰模型,并对比分析间隙铰在油膜润滑和干接触情况下的模型参数(如油液黏度、间隙尺寸)对机械系统动力学特性的影响。数值算例结果表明,润滑油膜具有良好的减震效果,使得系统动态性能各项指标接近于理想情况,且最小油膜厚度远大于安全值;随着间隙增大或油液黏度减小时,铰接副反力出现振荡,系统刚性趋于严重,特别是在油液黏度较小时,销轴与轴套接触面接触趋于频繁,干接触和磨损可能性增大。     

含间隙铰机构尺寸优化及减磨效用研究

提出了机构尺寸优化、多体动力学、磨损预测三者的集成分析框架。铰接副由非线性弹簧阻尼模型结合修正库伦摩擦力来表达,采用Archard模型结合有限元接触模型进行磨损预测,并通过广义简约梯度法实现整体优化计算,最后针对连杆机构铰接副磨损问题进行详细分析计算。结果表明构件的角加速度峰值可有效表征机构振动和磨损程度,优化后摇杆的最大加速度幅值降低了71%,机构运动平稳性大幅提升;间隙铰接副轴套低磨损区域明显扩大,最大磨损深度降幅为36%,证明了该算法对含间隙机构摩擦学优化问题的有效性。     

试论滑动副间隙的驱动油液压缸铰接耳的设计

对合有间隙的滑动副的驱动油液压缸进行了分析,得出了不同载荷类型、不同销轴布置方式下的液压缸的受力模型,得出了当作业单元受单向侧向载荷时,液压缸两端铰链的销轴应平行布置,且销轴轴向与载荷方向垂直;当液压缸两瑞销轴轴向与载荷方向不垂直或者作业单元受双向侧向载荷时,应在液压缸销孔与销轴之间安装关节轴承,或者按文中得出的相关公式增大液压缸销孔的公称尺寸.     

基于Kriging模型的自适应多阶段并行代理优化算法

为了充分利用计算资源,减少迭代次数,提出一种可以批量加点的代理优化算法.该算法分别采用期望改进准则和WB2(Watson and Barnes)准则探索存在的最优解并开发已存在最优解的区域,利用可行性概率和多目标优化框架刻画约束边界.在探索和开发阶段,设计了两种对应的多点填充算法,并根据新样本点和已知样本点的距离关系,设计了两个阶段的自适应切换策略.通过3个不同类型算例和一个工程实例验证算法性能,结果表明,该算法收敛更快,其结果具有较好的精确性和稳健性.     

基于静态间隙杆模型的曲柄滑块机构磨损分析

磨损是导致机械设备和机械零部件失效的主要原因之一,磨损与系统动力学响应的耦合对机构的性能均有重要影响.基于一种转动副反力的简化求解模型,进行了一系列的参数研究.结合达朗贝尔原理对曲柄滑块机构进行动力学建模,利用Winkler弹性地基模型获取界面的接触压力分布,使用Archard模型计算间隙副的磨损深度,建立了含间隙曲柄...     

基于Kriging模型的后优化近似研究

后优化分析技术定量地研究当优化参数发生变化时,相应的优化结果会发生怎样的改变。过去的研究多集中在对优化结果的敏感度分析(一阶近似),所得到的结果只在当前参数的微小扰动范围内有效。用Kriging模型进行优化结果的插值近似(相对于优化参数),从而可以提供整个参数空间中优化结果的全貌。用简单的算例与一阶近似、二次响应面近似进行了比较,同时为了解决临界约束集发生改变时,目标函数突变对Kriging模型近似精度带来的影响,提出一种分片插值方案,较大地提高了Kriging的近似精度。     

花键副微动磨损分析及参数优化

为探究渐开线花键副在微动工况下的磨损行为,对花键副材料20CrMoH进行磨损实验,得到不同工况下花键副材料20CrMoH的磨损系数.实验结果表明:在同一振动频率下,材料微动磨损系数随着法向正压力的增大而增大;在同一法向正压力下,材料的微动磨损系数随着振动频率的增大而增大.采用有限元与Archard理论相结合的方式对花键副材料磨损量进行预测,并与磨损实验结果进行对比,验证了该预测方法的可行性.为寻找改善花键副齿面磨损的方法与思路,进行花键副参数优化,以花键副齿面磨损量最小为目标寻求侧隙、修形量、夹角这3个参数的最佳组合,得到该花键副采用侧隙为0.09 mm、鼓形修形量22.66 μm、夹角为0.04.进行加工设计安装时磨损量最小.     

间隙接触碰撞副的动力学模型

基于Ｈｅｒｔｚ公式线性化模型,提出了间隙接触碰撞副的动力学模型并得到动力学微分方程组,并将这种理论应用于槽轮机构的动力学分析之中。     

压力机运动副间隙模型及冲击分析

以大型伺服压力机动力学模型及实测数据为依据,在动力学仿真基础上建立起压力机运动副的刚体接触分离间隙模型。将运动副销轴及轴孔内壁假定为刚体,忽略内壁的摩擦影响,采用程序显示接触点位置从而绘出运动副间隙变化曲线,为判断冲击的发生条件提供依据。在间隙模型基础上,调节压力机的平衡缸力,加速曲线及机构偏置值,确定各控制参数对运动副冲击的影响并探讨减少运动副冲击的可能方式及依据。     

基于Kriging近似模型的某轿车前悬架不确定性优化

针对前悬架确定性优化没有考虑参数不确定性时存在的问题,提出了一种考虑不确定性因素的前悬架不确定性优化方法。应用ADAMS/Car建立了某轿车麦弗逊式前悬架模型,在ADAMS/In-sight中进行了悬架设计硬点参数的灵敏度分析,针对灵敏度较大的设计硬点参数和所考虑的不确定性量,建立了车轮定位参数在车轮跳动过程中的Kriging近似模型,简化了优化过程。针对该近似模型进行了动力学分析,运用经过改进的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)和隔代遗传算法(IP-GA)进行了多目标不确定性优化求解。优化结果表明,该不确定性优化方法具有较高的有效性和精确性。与确定性优化结果的对比表明,不确定性优化具有更好的鲁棒性。     

鱼雷多学科设计优化中的代理模型研究

代理模型是鱼雷多学科设计优化关键技术之一。首先研究了代理模型中的多项式响应面方法、Kriging方法和径向基神经网络方法。然后分别用这3种方法构建了鱼雷多学科设计优化外形学科的代理模型,并对这3种模型的效果进行了分析。最后结合鱼雷多学科设计优化的特点,给出了这些代理模型的基本特性和使用范围。     

基于动态加点Kriging模型的机床立柱多目标优化

为改善机床性能,提出一种将拉丁超立方实验设计、动态加点准则Kriging模型、NSGA-Ⅱ遗传算法相结合的多目标优化方法.通过特性分析表明机床立柱是整机静动态特性的薄弱环节,选取立柱尺寸参数为设计变量,通过拉丁超立方实验设计法抽取样本点构建机床立柱多目标优化的动态加点Kriging代理模型,利用NSGA-Ⅱ遗传算法对响...     

基于代理优化算法的水下滑翔机外形优化设计

为了解决水下滑翔机复杂外形的优化设计问题,在提高其升阻比的同时提高Kriging代理模型的优化效率,提出一种自适应代理优化算法。该算法分别使用提出的改善并行期望改进准则(Parallel Expectation Improvement, PEI)和改善概率准则两种加点准则进行全局探索;使用最小代理模型预测(Minimizing Surrogate Preduction, MSP)准则进行局部探索。并根据新样本点和已知样本点的关系来实现全局探索和局部探索的切换。通过数学算例将所提算法和最大期望提高(Expected Improvement, EI)准则、多点期望提高准则(Multiple Expectation of Improvement,q-EI)、最大期望概率提高准则进行对比,结果表明,优化算法收敛更快,精度更高。最后,采用该优化算法对水下滑翔机外形进行优化,最大升阻比提升了19.37%。     

基于Kriging近似模型的车身气动低阻低噪协同优化研究

本研究应用CFD仿真技术和Kriging近似模型方法,建立了车身造型因子与气动阻力和气动噪声之间的响应关系,并利用协同优化算法对两学科的耦合关系进行了协调优化,最后采用多岛遗传算法找到了最优解。结果表明,气动阻力值降低了1.81%,车侧前窗气动噪声降低了11.12%,实现了车身气动低阻低噪的协同优化。本研究采用协同优化算法探索了汽车气动阻力与噪声之间的耦合关系,为汽车的空气动力学外形设计及优化提供一种有效的方法。     

含间隙机构运动副的动力学模型

运动副间隙对某些机械系统的影响已经不容忽视 ,运动副间隙模型是研究含间隙机械系统的关键问题之一。本文综述了机构动力学中的运动副间隙模型的近期研究成果 ,详细地阐述了运动副间隙模型的建模方法及有关数值解法。着重分析比较了常用的几种运动副间隙模型的特点 ,评述了目前用于分析含间隙机构的数值解法 ,并且指出了今后研究所面临的问题     

基于优化理论的起落架收放机构运动副间隙计算方法

为利用起落架位置参数计算收放机构运动副间隙,基于连续接触模型,建立了含收放机构运动副间隙的起落架位置计算模型。针对计算模型中,理想状态下的起落架位置参数未知而无法求解的问题,提出了以理想状态下的起落架位置参数为优化变量,以收放机构运动副间隙的两组计算值之差最小为优化目标建立多目标优化数学模型,求出其最优解并作为已知条件,计算收放机构运动副间隙的方法。计算实例表明,起落架收放机构运动副间隙计算方法可行有效。     

Kriging模型并行加点策略的多目标优化方法

针对复杂机械装备多学科多目标优化设计成本高、周期长等问题,提出一种近似模型与并行加点策略相结合的多目标优化方法。基于Kriging模型,将添加更新样本点定义为同时考虑Pareto最优解和预测误差的动态多目标优化问题,应用改进NSGA-II优化算法和极大极小距离准则,确定最优的并行更新样本点,在提高Kriging模型精度的同时实现多目标优化。测试函数验证和实例结果表明,该方法可有效提高复杂系统多目标优化效率,同时获得收敛性和分散性俱佳的Pareto最优解。     

基于Kriging模型的迭代重要抽样方法研究及应用

针对工程结构失效概率求解的复杂性,本文提出了一种高效求解失效概率的基于Kriging代理模型的迭代重要抽样方法。该方法以均值为抽样中心在变量空间中均匀产生初始训练点的实验设计,构建代理模型并形成迭代求解格式,可极大降低失效概率计算成本,并提高计算精度。通过三个数值算例的计算验证表明,采用文中所论述的方法仅需数百次真实函数的调用即可得到结构失效概率的合理估计值,相较于传统的蒙特卡洛法可节省大量的计算成本。