离散变量优化设计方法及其在轻轨车车体设计中的应用

针对轻轨车车体的特点,在连续变量优化分析的基础上,提出了改进的离散变量优化算法.算法将约束条件中的应力函数按照泰勒级数在连续变量优化解附近展开,近似用设计变量的一次函数替代,然后在一定的误差范围内,剔除不符合要求的多数解,在少量剩余解中用有限元验算求得最优解.按此方法设计的车体已用于实际运行的轻轨车辆.     

离散变量优化设计方法及其在轻轨车车体设计中的应用

针对轻轨车车体的特点,在连续变量优化分析的基础上,提出了改进的离散变量优化算法。算法将约束条件中的应力函数按照泰勒级数在连续变量优化解附近展开,近似用设计变量的一次函数替代,然后在一定的误差范围内,剔除不符合要求的多数解,在少量剩余解中用有限元验算求得最优解。按此方法设计的车体已用于实际运行的轻轨车辆。     

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。     

轨道车辆钢结构减重优化设计方法研究

现代的机车技术对机车车体结构的要求很高,其要求有需要足够的空间对机械和电气设备进行安装,能够承受动荷载、静荷载和传递牵引力,在事故中对驾驶者的安全提供保护,尽可能的减轻重量,外形符合空气动力学原理等。我国的机车设计从最早的类比设计发展到全新产品的设计制作,机车车型的设计更是在一步步的发展的历程中飞快进步,随着当今我国的计算机科技的高速发展,机动车的车体设计也随之进入了数字化的时代。如今车速在增加、功率在提高、电气的元件重量也在增加,这就需要减轻车体钢结构的总重量。而机车的车体是机车的主要程力部分,其减重优化设计成为了一个难点。作者以工作实际为依据,介绍了怎样发挥出承载结构材料的作用,怎样合理选择承载部件的结构形式。     

某型磁悬浮列车结构动力学有限元数值计算及优化分析

对某型磁悬浮列车的结构动力学特性进行了有限元数值计算,获得了列车结构体的动力学基本品质特性,即固有频率与振动模态.在此数值分析工作基础上,研究分析了车体结构的低频敏感部位与非敏感变量,由此建立了车体结构的优化数学模型,通过数值优化分析计算,在车体底盘梁式构件减重20%的条件下以及在车厢梁式构件减重10%的条件下,结构体固有频率特性没有明显改变,达到了保持结构基本动力学品质指标,而结构有一定幅度减重的工作目的.     

25T客车车体结构轻量化研究

以25T型客车碳钢车体为研究对象,对车体结构进行尺寸优化分析。首先,在给定的静强度计算工况下,通过灵敏度分析,确定了对体积和应力影响较大的车体结构;然后,以应力作为约束,以车体结构重量为优化目标,对部分结构板厚进行优化,并对得到的理论优化板厚进行圆整处理;在尺寸优化结果的基础上,结合25T车体结构受力特点,拟定了三种优化方案,并对三种优化方案进行了强度、刚度和减重效果的对比分析,最终确定了车体的最优化方案。     

有轨电车碳纤维复合材料枕梁结构研究

为实现车体轻量化要求,对有轨电车车体铝合金枕梁和碳纤维复合材料枕梁结构形式及受力情况进行了分析,根据车体对该枕梁的指标要求,确定了其载荷及设计边界条件,通过仿真分析,验证了其强度、刚度。结果表明,在满足技术要求的前提下,采用碳纤维复合材料枕梁实现了大幅度减重的目标。     

白车身多学科轻量化优化设计应用

在白车身开发早期阶段引入结构轻量化思想,建立隐式全参数化白车身模型,通过多学科优化过程,找到白车身零件形状、尺寸、位置与厚度等各参数之间的最佳组合,以及满足系统各项性能要求的重量最优解,使白车身轻量化设计的潜能得到最大程度的发挥。根据白车身自身性能的特点对其分成不同的优化区域分别进行不同工况的优化,从而合理地安排设计变量和样本点数量,并对由试验设计得到的近似模型进行多学科的轻量化优化设计,有效地控制分析与优化时间,给车身设计提供指导。最终得到的白车身方案减重12 kg,减重率达到4.5%。同时利用方差分析方法,对各设计变量对性能的贡献量与主效应进行分析,掌握设计变量对刚度,模态、被动安全性能以及重量的影响规律。     

某型三轮汽车车架的结构优化设计

针对三轮汽车减重、降低生产成本的需求,将多岛遗传算法和有限元分析法相结合,对某型三轮汽车车架进行了优化设计。建立了车架的优化数学模型和参数化有限元模型,利用正交试验法筛选出设计变量,并利用多岛遗传算法进行了优化设计,在保证车架刚、强度前提下,减重11.6%。该方法对于其它类型车架的轻量化研究具有一定的参考价值。     

齿轮减速器的多目标可靠性优化设计

提出一种以可靠度为目标函数和约束条件的多目标齿轮减速器优化设计方法。将可靠性引入齿轮减速器的确定性优化,考虑可靠度为设计目标和设计约束,并将小齿轮齿数作为离散确定性设计变量,进而构造出具有离散变量的多目标可靠性优化设计模型。提出在分支界定算法中嵌套遗传算法构造该优化问题的求解算法。该算法利用分支界定算法的遍历性和遗传算法的全局性,以获得优化问题的全局性解。最后,分别给出齿轮减速器的连续变量确定性解和可靠性解、混合变量确定性解和可靠性解,用以验证方法的有效性。     

动车组车体模态灵敏度及优化设计研究

建立动车组车体有限单元模型,计算整备状态下的车体模态,以车体主要板件厚度为设计变量,用数值微分法计算整备壮态下车体模态频率对板件厚度的灵敏度;通过灵敏度分析车体各部件对车体模态的影响规律,并基于灵敏度合理选择设计变量,以提高车体低阶模态频率和降低车体质量互为目标和约束条件,建立优化设计数学模型,实现了车体优化设计,优化后车体一阶菱形模态和一阶垂弯模态频率分别提高了1.05 Hz在和0.95 Hz,但保持了车体质量不增加,分析校核了优化后的车体强度。优化结果表明,所提出的基于灵敏度的综合提高车体性能的优化设计方法在显著提高车体前二阶模态频率的同时,保持车体质量不增加,并保持车体强度相对不降低,综合提高了车体性能,取得了明显的优化效果。     

车体设计参数对车体垂向弯曲振动频率的灵敏度分析

采用基于灵敏度分析的车体垂向弯曲刚度优化方法,对车体结构关键参数进行了灵敏度分析,确定了关键设计变量与系统响应的关系,从而得到了结构设计变量（车体结构关键参数）对目标约束函数（车体一阶垂向弯曲振动频率）影响的变化梯度。首先,由欧拉-伯努利梁垂向振动微分方程,结合初始条件和边界条件,得到了自由梁的一阶垂向弯曲振动频率方程;然后,结合车体结构特征,推导和修正了车体的一阶垂向弯曲振动频率解析方程,并以某地铁车体对解析方程进行了有限元的验证;最后,选取车体的6组设计参数进行了车体一阶垂向弯曲振动频率的灵敏度分析。根据研究结果,给出了车体关键参数对其一阶垂向弯曲振动频率影响程度的排序,为列车车体设计相关工作提供了参考依据。     

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GASA的模糊可靠性设计在数控车床主轴优化设计中的应用

建立了设计变量模糊性和随机性的数学模型,并针对设计变量的多样性,采用遗传模拟退火算法(GASA)对数控车床主轴进行可靠性优化.优化结果表明,该优化方法能找到更符实际的优化解.     

客车车体碰撞吸能结构优化设计方法研究

为实现车辆吸能部件结构优化,提出一种将建模软件I-DEAS、碰撞软件ANSYS/LS-DYNA和多学科优化软件ISIGHT有机结合在一起的优化设计方法.将第一次成功碰撞仿真的ANSYS/LS-DYNA模型的批处理命令流从后台调到前台,再按照ISIGHT语义要求,在命令流文件中定义优化目标,设计变量及约束条件,然后采取遗传算法(GA)和序列二次规划算法(SQP)的组合优化方案,对吸能结构进行优化设计.以某地铁车车体为应用对象,给出该方法对地铁车车体吸能部件结构优化设计的全过程,获得了车体端部合理的吸能结构.     

应用竞选算法的缸套微坑结构参数优化

在薄壁缸套表面的微坑结构参数影响分析基础上,确定了影响动力润滑的设计变量,以瞬时最小油膜厚度最大化和润滑油损耗量最少为优化目标,建立了优化模型。将竞选算法用于缸套微坑结构参数优化求解,很快地获得全局优化解,结果表明该方法是可行的。     

区间不确定多目标优化算法在薄板冲压成形中的应用研究

提出一种薄板冲压成形不确定多目标优化方法,该方法将冲压成形中的摩擦因数作为不确定参数,采用区间描述,以厚度不均最小和起皱最小为目标函数,以压边力和拉深筋阻力作为设计变量。基于非线性区间数值规划将不确定多目标优化问题转换为确定的多目标优化问题。采用Kriging近似模型提高优化效率,基于多目标遗传算法和序列二次规划算法的混合优化算法取得Pareto解集。应用算例说明了该算法的有效性。     

底架承载式机车变截面中梁优化设计

为了改善某底架承载式机车的刚度性能,使其重量、强度、刚度达到最优匹配,推导了一种鱼腹型中梁的优化设计解析方法。首先,将承载中梁等效成简支梁,采用积分法获得通用挠曲线方程;然后,应用Matlab软件编程计算不同变截面形状下的中梁挠度解析解,并分析不同方案下最大截面高度、起点值、跨度值对中梁挠度和质量的影响,以降低中梁10%挠度为主要目标,确定最优变截面形状;最后,利用有限元分析软件ANSYS对最终确定的鱼腹型中梁设计方案与原方案下车体静强度和模态进行对比分析。研究结果表明,基于力学解析的变截面设计方法可以用于底架承载式机车鱼腹型中梁的快速设计,该理论方法可以在兼顾底架重量最优的同时,对中梁的变截面进行精确控制与设计,从而提高底架的刚度性能。     

时速400公里高速列车底架拓扑优化

运用OptiStruct软件,针对400km/h高速列车车体,计算其在重要载荷作用下的结构强度、刚度以及模态分析后,以列车的底架作为研究对象,对其进行拓扑优化设计.结合OptiStruct中的OSSmooth模块和SOLIDWORKS软件,总结分析不同载荷方式作用下得出的拓扑优化结果,确定车体底架结构内筋的分布,得出最佳截面形状,并对优化后的底架结构及车体进行静强度以及模态分析比较.对比得出,优化后底架结构减重6.82％,满足车体强度、刚度及模态频率等性能要求的同时,改善了结构的应力分布.     

大型通风机定子结构减重优化设计研究

大型通风机的结构设计应满足强度、刚度、稳定性和动力响应等诸多限制条件。为节省材料、降低成本,提高市场竞争力,风机的质量不能过大。本文提出了带加强筋板的大型风机定子减重优化设计方法。采用结构优化的设计方法,以机壳厚度、筋板高度和筋板厚度为设计变量,考虑应力、位移、稳定性等约束,通过敏感性分析,给出了机壳减重设计的主要途径,以及安全可行的机壳减重设计方案。