注塑机械手的动态多目标优化

为了满足在保证注塑机械手初始动态刚度的条件下达到整机轻量化的要求,提出基于整机质量、一阶最大变形量和一阶固有频率为目标函数的整机多目标优化设计方法。运用ANSYS软件对参数化模型进行模态分析。使用中心复合设计的试验方法选取合适的结构有限元分析样本点,对样本点处的整机动态特性进行计算和分析,建立反映结构设计输入与响应输出关系的二次多项式响应面模型。建立注塑机械手的多目标优化数学模型,比较分别使用多目标遗传算法、筛选算法、非线性二次规划算法获取的Pareto解集得到最优解。对基于加权平均法的灵敏度分析得到的各设计变量灵敏度值平均数进行排序,可以帮助设计人员淘汰部分设计变量,从而提高优化效率。最后,在保证注塑机械手整机动态性能不降的前提下,整机质量减轻了11.27%。结果表明,该方法具有较高的精度和较强的工程实用性。     

基于多目标的刨切机床身结构优化设计

以某数控刨切机床身为研究对象,提出一种基于灵敏度分析与结构优化设计相结合,以床身质量、最大静变形和一阶固有频率为优化目标的床身优化设计方法。建立床身有限元模型,对其进行动静态特性分析,通过对床身主要设计参数进行拉丁超立方试验设计,在此基础上,对各设计参数进行灵敏度分析并建立响应面模型,确定影响床身质量和床身动静态特性的关键参数,运用多目标优化算法对床身进行优化求解,根据优化结果,得到最佳优化方案。结果表明:床身质量减少 5.82% ,最大静变形减小 6.71% ,一阶固有频率提高 6.11% ,该优化方法在提高床身动静态特性的基础上,减轻了床身质量,为床身优化设计提供理论参考。     

基于NSGA_Ⅱ算法的双驱动进给系统结构优化

为了满足双驱动进给系统轻量化和高抗振性能要求,提出了以质量、最大耦合应力和一阶固有频率为目标函数的进给系统多目标优化设计方法。采用灵敏度法选取优化参数,通过正交试验设计方法建立了进给系统的二阶响应面模型,并将非劣排序遗传算法Ⅱ（NSGA_Ⅱ）作为求解算法。计算结果表明工作台质量减小0.3%,最大耦合应力减小5.9％,一阶固有频率提高了9.32%。以双驱动进给系统的工作台为研究对象进行了结构多目标优化设计,并将优化前后双驱动进给系统进行了动态试验测试,验证了所提出的优化方法的正确性。     

汽车驱动桥壳静动态特性分析与多目标优化研究

针对在驱动桥壳的设计过程中为满足强度和刚度要求而存在的重量冗余问题,提出了一种结合灵敏度分析与响应面模型的多目标优化设计方法。基于ANSYS在3种典型工况下对驱动桥壳进行了静动态特性分析,将驱动桥壳的5个尺寸参数定义为设计变量,以最大变形、最大等效应力、重量和第一阶固有频率为目标函数;采用Box-Behnken试验设计方法对设计变量进行了试验设计、灵敏度分析和响应面分析,研究了驱动桥壳5个尺寸参数变化对目标函数的影响;在响应面分析的基础上,利用遗传算法对驱动桥壳进行了多目标优化。研究结果表明:优化后驱动桥壳的最大变形减小了1.8%,最大等效应力减小了6.57%,重量减小了6.28%,第一阶固有频率增加了2.1%;该结果证明了所提出的驱动桥壳多目标优化方法具有可行性。     

数控铣床工作台多目标优化研究

基于正交试验原理,选取工作台13个设计变量安排正交试验,根据正交试验结果,分别建立工作台质量、最大变形量和前3阶固有频率的灵敏度函数,根据灵敏度分析结果,选择5个敏感设计变量安排中心复合试验,根据中心复合试验结果,分别建立工作台质量、最大变形量和前3阶固有频率的响应面模型,利用响应面模型建立工作台多目标优化模型,借助Matlab软件遗传算法工具箱对多目标优化模型求解,优化效果显著,质量、最大变形量分别下降了2.01%和14.79%,前3阶固有频率分别提高了11.84%、12.81%和10.63%。     

基于响应面法的数控铣床立柱多目标优化

以提高某型数控铣床立柱的动静态特性为目的,在对立柱进行基于有限元法的静力分析和模态分析的基础上。对立柱的主要设计尺寸进行Box-Behnken试验设计,并进行灵敏度分析和建立响应面模型。以立柱的重量、静态最大变形量和第一阶固有频率为优化目标函数,立柱主筋半径、筋板厚度和壁厚为设计变量,对立柱进行多目标优化设计。优化结果表明,采用此方法优化后,立柱的静态最大变形量减小了6.5%,第一阶固有频率提高了14%,重量减小了11.1%,为立柱的优化设计提供了一种新思路。     

基于6Sigma和目标驱动技术的龙门导轨磨床立柱多目标优化

针对龙门导轨磨床立柱的结构特点,构建了龙门导轨磨床立柱的有限元模型,并利用基于6Sigm a原则和目标驱动技术的有限元优化分析方法对立柱进行多目标尺寸优化设计。首先利用基于6Sigm a原则的分析方法对立柱模型进行参数灵敏度分析,获得对立柱性能影响较大的参数,将参数作为优化设计的变量;然后利用基于目标驱动技术的多目标优化方法对立柱进行以质量、最大变形量,一阶固有频率为目标函数的多目标优化,在保证立柱最大等效应力不大于初值的前提下,最大变形量减小45.1%,质量减小3.79%,龙门导轨磨床立柱一阶固有频率提高14.6%。结果表明,该方法具有较强的工程实用性。     

摩托车座垫底板的有限元分析及形貌优化

建立摩托车座垫底板的有限元模型,对其进行静力学分析和模态分析。同时考虑到底板的静态多工况刚度问题和动态频率特性问题,采用线性加权方法将多目标问题转化为单目标问题,实现对底板结构多工况下的多目标形貌优化设计。优化后的底板获得了最优的加强筋布局,最大变形量减少52.2%,最大应力减少42.2%,一阶固有频率增加9.0%,静动态性能均得到显著的改善,达到了预期的优化效果。     

摆线齿轮成形磨削机床立柱的多级优化研究

针对摆线轮成形磨床立柱优化过程中的复杂性,提出一种综合拓扑优化、结构仿生、尺寸优化的多级多目标优化设计方法,实现了立柱质量、一阶固有频率、最大应力及变形位移综合目标优化。以应变能最小为目标函数,以体积分数为约束,采用拓扑优化设计方法,确定了复杂载荷下摆线轮成形磨床立柱材料的最佳分布。以王莲叶脉和芭蕉叶柄为仿生目标,采用结构仿生优化设计方法,在立柱内部仿生空间设计仿生筋板,最大限度提升立柱整体性能。采用响应面模型遗传算法对立柱内部复杂结构尺寸进行优化,得到尺寸最优解。结果表明：在受载相同的情况下,优化后的立柱质量减轻18.4%,立柱最大应力减少23.6%,变形位移减少0.6%,一阶固有频率有所提升。     

基于6σ和目标驱动技术的光电跟踪设备托座多目标优化

根据光电跟踪设备托座的结构特点,构建了托座的三维模型和有限元模型,并基于多目标驱动优化理论,对托座进行多目标优化。利用6σ原则对托座设计参数进行灵敏度分析,得到对托座性能影响较大的参数,将其作为最终优化设计变量;以托座质量、一阶固有频率和最大变形量为目标函数,对托座进行多目标驱动优化。通过多目标驱动优化,达到了在保证总体变形情况下减小托座质量和提高托座一阶固有频率的目的。     

基于响应面法的立式加工中心动静态多目标优化

为了满足在保证加工中心初始动静态刚度的条件下达到整机轻量化的要求,提出基于质量和第一阶固有频率为目标函数的整机多目标优化设计方法.将有限元分析和模态试验相结合,测试和分析整机动态特性,确保有限元模型精度.通过中心复合设计的试验方法选取合适的结构有限元分析样本点,在ANSYS仿真软件中对样本点处的整机动静态特性进行计算和...     

精密数控磨床立板的多目标综合优化设计

为了寻找精密数控磨床中存在的薄弱环节,通过模态分析和谐响应分析进行识别,确定立板为要优化的关键部件。首先运用拓扑优化方法,优化立板的材料分布。然后以立板的最大变形量、质量、一阶固有频率为优化目标,结合响应面法对立板进行多目标优化,基于多目标遗传算法寻优,计算得到最优Pareto解。最后通过验证,立板的最大变形量减少了3.83%,质量减小了25.35%,一阶固有频率提高了22.33%。同时磨床在各方向的振幅也有所减小,整机动态性能得到改善。     

基于响应面法的龙门加工中心回转工作台结构优化设计

以某龙门加工中心回转工作台为研究对象,采用有限元方法对其进行静动态特性分析和优化设计。为提高回转工作台刚度和减轻重量,对主要设计参数进行Box-Behnken试验设计。在试验设计的基础上,对设计参数进行灵敏度分析并建立响应面模型,采用多目标优化算法对响应面模型进行优化,结合生产工艺确定最佳优化方案。优化结果表明,采用上述方法对回转工作台进行优化后,其最大变形量减少了36.8%,第一阶固有频率提高了5.4%,重量减少了2.6%,为回转工作台的优化设计提供了一种新思路。     

基于多岛遗传算法和响应面模型的机床床身的轻量化设计

以某型号深孔钻镗床床身为研究对象,为实现床身轻量化设计要求,提出了一种将响应面模型和多岛遗传算法相结合的优化设计方法。通过对床身的静、动态特性分析,确定了以床身体积最小为优化目标,以床身最大变形、首阶固有频率为约束条件的优化模型。利用最优拉丁超立方试验设计方法在设计空间内产生样本数据点并进行数值模拟。采用最小二乘法建立了二次多项式响应面近似模型,并利用多岛遗传算法对响应面模型进行优化。结果表明:在保证机床性能的情况下,床身质量减小了11.2%,实现了床身的轻量化设计。     

基于正交试验的机床移动横梁多目标优化设计

为了提高机床移动横梁静、动态综合性能,机床横梁必须具有合理的筋板布局和结构特性。建立了横梁振动力学模型,理论计算了横梁最大耦合变形量,在三维设计软件中对机床横梁进行三维建模,并使用Ansys对横梁进行静态、模态分析。文中以机床横梁质量、最大耦合变形、最大耦合应力、一阶固有频率作为评价机床横梁设计优劣的目标函数,以横梁筋板结构、筋板厚度,上导轨支撑筋板倾斜角度作为设计变量进行多目标优化设计。采用正交试验法,设计了3因素4水平的正交试验;运用综合平衡法确定最优水平,从而得出最优的试验方案。结果表明,横梁理论计算变形量与仿真分析值相近,且横梁"井"型筋板结构,筋板厚度25 mm,上导轨支撑筋板倾斜55°设计为最优方案,其中与原设计方案相比质量减轻了473 kg,横梁总形变减少了7.455%,一阶固有频率提高了2.956%。研究证明,采用正交试验法合理设计横梁试验因素与水平,可以以较少的试验次数获得最优的试验结果,说明正交试验法具有较高的工程运用性。     

基于多学科性能分析的驱动桥壳多目标优化

在保证整车整体机械性能的前提下对底盘零部件进行优化,是当前汽车工程设计的一个重要挑战。针对汽车驱动桥壳的多学科多目标优化设计问题,提出了一种系统的设计方法。采用有限元数值模拟和试验验证相结合方法系统研究其动态模态频率及振型,静态刚、强度及垂直弯曲疲劳寿命多学科性能,在此基础上,以其结构参数为设计变量,以最大静应力和疲劳损伤系数为设计约束,以整体质量、最大静态变形量和动态一阶模态频率为优化目标,结合哈默斯雷试验设计、移动最小二乘代理模型及全局响应面多目标优化算法,对其进行多学科性能驱动的轻量化多目标优化设计。结果表明:优化设计前后驱动桥壳整体质量降低6.0%,取得了良好的轻量化设计效果。     

数控龙门铣床横梁静动态特性分析与优化

为了提高数控龙门铣床横梁的静动态特性,提出了一种基于灵敏度分析与中心组合设计(Central Composite Design,CCD)相结合的方法对横梁结构进行优化设计.在对横梁进行受力分析的基础上建立横梁的有限元模型,选择关键尺寸对横梁进行静动态特性的灵敏度分析.根据灵敏度分析结果,选择对横梁的静动态特性影响比较大的尺寸进行CCD试验设计,建立响应面模型,以总变形量最小、1阶固有频率最大和质量最小为优化目标对横梁进行多目标优化设计.优化结果表明:横梁在质量减轻的前提下,其静动态特性得到不同程度的改善,为其他结构的优化设计提供了一种新思路.     

数控龙门铣床横梁静动态特性分析与优化

为了提高数控龙门铣床横梁的静动态特性,提出了一种基于灵敏度分析与中心组合设计(Central Composite Design,CCD)相结合的方法对横梁结构进行优化设计.在对横梁进行受力分析的基础上建立横梁的有限元模型,选择关键尺寸对横梁进行静动态特性的灵敏度分析.根据灵敏度分析结果,选择对横梁的静动态特性影响比较大的尺寸进行CCD试验设计,建立响应面模型,以总变形量最小、1阶固有频率最大和质量最小为优化目标对横梁进行多目标优化设计.优化结果表明:横梁在质量减轻的前提下,其静动态特性得到不同程度的改善,为其他结构的优化设计提供了一种新思路.     

数控龙门铣床横梁静动态特性分析与优化

为了提高数控龙门铣床横梁的静动态特性,提出了一种基于灵敏度分析与中心组合设计(Central Composite Design,CCD)相结合的方法对横梁结构进行优化设计.在对横梁进行受力分析的基础上建立横梁的有限元模型,选择关键尺寸对横梁进行静动态特性的灵敏度分析.根据灵敏度分析结果,选择对横梁的静动态特性影响比较大的尺寸进行CCD试验设计,建立响应面模型,以总变形量最小、1阶固有频率最大和质量最小为优化目标对横梁进行多目标优化设计.优化结果表明:横梁在质量减轻的前提下,其静动态特性得到不同程度的改善,为其他结构的优化设计提供了一种新思路.     

基于拓扑优化与多目标优化的机床底座结构设计

为了在底座初期设计时尽可能减轻其质量、降低静应力变形、提高其固有频率,首先基于变密度法,建立以底座质量为优化目标函数,静应力变形和固有频率为约束的拓扑优化数学模型,实现1次优化;然后基于响应曲面法,建立以底座质量、静应力最大变形量和1阶固有频率为目标函数与约束条件的多目标优化模型,实现2次优化。分析两次优化的有限元结果:相比于1次优化,2次优化后的底座质量减轻2.5%,静应力变形量降低16.2%,1阶固有频率提高6.0%。