基于继承拉丁超立方采样与局部Kriging近似的可靠性设计优化EI北大核心CSCD

针对基于Kriging近似的可靠性设计优化样本最优配置问题,提出基于继承拉丁超立方采样与局部Kriging近似的可靠性设计优化方法。采用继承拉丁超立方样本构建Kriging近似,并求解最大可能失效点作为局部序列采样中心。针对有效概率约束构建基于Kriging近似误差、功能函数非线性度量及目标可靠度的局部序列采样区域。以重要抽样策略计算失效概率及灵敏度,并采用序列近似规划求解最优设计点。通过3个算例及机床横梁设计优化应用验证了所提方法的有效性。     

基于改进并行子空间优化方法的机床主轴设计研究

为了使CSSO方法在系统级优化时能用于自主筛选来自各子学科间的设计变量的最优值以提高系统级优化效率和收敛速度,提出了一种改进型的并行子空间优化方法(improved concurrent subspace optimization,I-CSSO)。该方法在传统CSSO方法基础上通过增加一个自动筛选程序,即将各子学科优化方案及系统级优化方案进行了对比,从中优选出最优方案作为下一轮迭代的初始方案进行了优化,同时应用拉丁超立方试验设计方法采取样本点并构建了数据库,近似模型基于径向基神经网络模型。以某一机床主轴设计优化为例,基于Isight平台搭建了所设计的I-CSSO方法框架,并与传统的CSSO方法进行了对比。研究结果表明:所提出的I-CSSO方法有效提高了算法的计算效率。     

基于近似模型的铣削工艺参数可靠性设计优化

针对现有铣削工艺参数优化方法未考虑设计参数不确定性,导致优化结果难以满足实际产品性能要求的问题,引入近似模型对铣削工艺参数进行可靠性设计优化。以铣削加工表面粗糙度为目标函数,以最大铣削力小于给定值的可靠度作为约束,综合考虑铣削加工过程中铣削速度和每齿进给量的变动,建立了铣削工艺参数可靠性优化模型,并分别采用Kriging近似和径向基函数近似对铣削表面粗糙度、铣削力与设计变量之间的隐式关系进行近似替代,最后采用Monte Carlo仿真-序列近似规划对模型进行了寻优求解,通过试验对可靠性优化的结果进行了验证。结果表明,该方法可有效地降低铣削加工表面粗糙度,并且可保证加工过程中最大铣削力的可靠度要求。     

基于改进PSO的可靠性稳健优化计算方法

基于现代设计方法和可靠性设计理论,建立了多目标约束优化数学模型,根据动态加速常数和速度自适应的改进粒子群算法(PSO),用编写的程序代码实现了数学模型的数值化求解。同时研究了加速常数和粒子速度的变化对优化计算结果的影响规律。算例表明,提出的可靠性稳健优化计算方法与传统方法相比,具有简便易行、能迅速得到结构可靠性稳健优化设计信息的优点,适合工程应用。     

基于混合试验设计方法的支持向量回归机参数优化研究

研究高斯径向基核支持向量回归机参数优化问题。推导线性和非线性支持向量回归机公式,分析影响支持向量回归机精度的主要控制参数,将拉丁超立方设计方法与Powell法相结合,提出一种快速有效的支持向量回归机参数优化方法。将支持向量回归机用于近似建模,提供仿真算例,并与Kriging函数和径向基函数近似性能进行比较。结果表明,设计的支持向量回归机能实现近似精度和近似效率的良好折中,参数估计简单,易于编程实现,是有效的近似建模方法,可为飞行器多学科设计优化用近似建模方法研究提供理论参考。     

基于IPTO算法的连续体结构可靠性拓扑优化

研究结构几何尺寸、结构材料体积及作用载荷不确定条件下的连续体结构可靠性拓扑优化问题,提出基于改进比例拓扑优化(Improved Proportional Topology Optimization,IPTO)算法的可靠性拓扑优化方法.基于概率方法描述变量的不确定性,建立综合考虑材料体积约束和可靠性约束且使柔度最小的连续体结构可靠性拓扑优化数学模型;为提高计算效率,使用基于解耦思想的混合法将可靠性拓扑优化问题解耦成可靠性分析和当量确定性拓扑优化两个独立子问题.在可靠性分析阶段,遵循一阶可靠度法中可靠性指标的几何意义,获取满足可靠性约束且服从正态分布的随机变量,并通过逆变换对其进行修正;在当量确定性拓扑优化阶段,以修正后的随机变量作为设计参数,使用具有无需获取灵敏度信息功能的IPTO算法对结构执行拓扑优化设计.最后使用MBB梁和悬臂梁两个算例证实了所提方法的有效性.     

基于可靠性优化的空心半轴轻量化设计

转向驱动桥空心半轴是保障汽车的驱动性能和运行稳定性的关键零部件,针对轻量化设计过程中目标响应与约束响应复杂非线性建模和可靠性偏低的问题,文中运用支持向量机回归(Support Vector Regression, SVR)代理模型构建目标响应并验证其有效性,同时考虑多种不确定性因素,增加了形变及应力引起的失效概率在一定范围内的约束条件,从而较好地解决了轻量化设计过程中失效的难题。结果表明：可靠性轻量化设计后的空心半轴比初始设计改善了2.4%(减少了54.4 g),最大形变量的可靠度增加了15.6%(减少了0.2 mm),等效应力的可靠度提升了15.0%(降低了47.1 MPa)。     

基于神经网络和响应面近似模型的车门性能多目标优化

通过优化前车门模态、刚度以及轻量化,以改善整车性能和车内舒适性是车辆NVH的研究热点之一。以某乘用车左前车门为研究对象,计算分析其模态和刚度性能。以关键零部件厚度为设计变量,通过最优拉丁超立方试验设计获取样本数据,构建车门模态、刚度及质量的神经网络和响应面近似模型。以车门一阶弯曲模态频率最大化、质量最小化为优化目标,其余性能为约束,运用NSGA-II遗传算法进行性能多目标优化。结果表明:车门一阶弯曲模态频率提高1.24Hz;车门质量减少3.63kg,轻量化率为13.57%,其余性能均达标。基于多种类近似模型的多目标优化方法可有效提升车门性能。     

基于基础结构法的柔顺机构可靠性拓扑优化

为了减少因制造和使用过程中的不确定性因素而导致的机构性能下降现象,提出一种新的基于基础结构法的柔顺机构可靠性拓扑优化方法。框架单元能够包含弯曲模式,因此采用它的集合来表示设计域。将作用载荷和结构几何尺寸视为随机变量,把机构的失效模式视为应变能和互应变能的串联系统。采用一次可靠度方法计算串联系统的失效概率。建立柔顺机构可靠性拓扑优化设计对偶数学模型,采用对偶算法对优化问题进行迭代求解。数值算例结果表明,提出的方法是正确和有效的;基于可靠性拓扑优化所得机构比确定性拓扑优化所得机构具有更好的性能。     

基于改进粒子群算法的供应商参与可靠性设计优化

研究供应商参与下的汽车产品子系统可靠性设计的优化问题,考虑供应商参与产品设计的可信度因素,建立以最大化系统的可靠度和供应商的可信度为优化目标的多目标数学规划模型。通过加权的方法把多目标优化模型转化为单目标非线性整数规划模型。采用粒子群(Particle swarm optimization,PSO)算法进行求解,提出适用于“零部件—供应商”关系的离散粒子编码方法。设计带有自适应动态惩罚项的适应度函数,把优化问题转化为无约束优化问题,并将粒子的搜索范围扩展到近可行解空间,进而较好地改进了算法的搜索速度和收敛性能。以某中级轿车传动系统零部件可靠性设计的优化问题为实例,进行仿真研究,应用质量功能展开和模糊评判的方法生成了零部件的权重和供应商可信度初始数据值,仿真结果验证了所提出PSO算法的实用性和有效性。     

NEW APPROACH FOR RELIABILITY- BASED DESIGN OPTIMIZATION： MINIMUM ERROR POINT

Conventional reliability-based design optimization (RBDO) requires to use the most probable point (MPP) method for a probabilistic analysis of the reliability constraints. A new approach is presented, called as the minimum error point (MEP) method or the MEP based method, for reliability-based design optimization, whose idea is to minimize the error produced by approximating performance functions. The MEP based method uses the first order Taylor's expansion at MEP instead of MPP. Examples demonstrate that the MEP based design optimization can ensure product reliability at the required level, which is very imperative for many important engineering systems. The MEP based reliability design optimization method is feasible and is considered as an alternative for solving reliability design optimization problems. The MEP based method is more robust than the commonly used MPP based method for some irregular performance functions.     

基于MDO方法的离心式压气机设计系统

针对离心式压气机设计中存在流-热-固耦合的问题,文中进行离心式压气机的多学科设计优化研究,基于多学科可行方法,建立离心式压气机的多学科设计优化系统.利用非均匀有理B样条曲线和五次多项式,分别构建径流式叶片型线和扩压器叶片型线,通过特征造型技术,建立离心式压气机参数化模型.采用线性插值方法和网格重生成方法,完成对温度、气压和变形耦合信息传递.在压气机参数化建模和多学科耦合分析的基础上,以总压比、等熵效率和流量为优化目标,对某离心式压气机进行设计优化,实现其综合性能的改善.所建多学科设计优化系统可以推广到其他多场耦合系统的设计.     

基于粒子群算法的后桥可靠性稳健优化设计

为提高车辆零部件的安全性和稳健性,应用可靠性稳健优化设计理论和多目标决策方法,将车辆后桥的可靠性稳健优化设计转化为多目标优化问题.通过模糊多目标粒子群算法求出所有满足约束性条件的pareto解集,结合实际情况,依据pareto解集确定零部件的设计规格.实验表明,所提方法能迅速有效地获得可靠性稳健设计的信息.     

基于多目标优化策略的螺旋弹簧可靠性稳健优化设计

应用可靠性稳健优化设计理论和多目标决策方法,将车辆螺旋弹簧的可靠性稳健优化设计转化为多目标问题.运用层次分析法选取粒子群算法中的全局极值和个体极值,提出基于层次分析法的多目标粒子群算法,并将该算法应用于可靠性稳健优化设计的多目标模型求解中.与传统方法相比,该方法简便、易行,并能迅速准确地得到车辆螺旋弹簧的可靠性稳健优化设计信息.     

基于有限元分析的数控机床床身结构动态优化设计方法研究

运用结构动态设计原理和有限元法(finite element method)的变量化分析技术,提出一种数控机床床身结构的动态设计方法和流程。结构的固有频率越高,其动、静刚度越好。以一立式加工中心床身为例,先提取床身的典型元结构和框架结构对其进行优化,在此基础上以床身结构固有频率为优化目标,以元结构和框架结构优化结果为依据,提出该床身结构若干改进方案,并对各方案进行比较分析。文中提出的方法可推广到其他结构的动态设计中。