改进博弈论四重组合赋权法下的开口甲板多目标拓扑优化设计

结构刚度、振动及开口处强度影响开口甲板服役寿命。针对开口甲板型式,以多项式惩罚模型(Polynomial penalization model,PPM)为理论依据并辅以三段式延拓(Three-stage continuation,TSC)法,提出一种基于折衷规划法(Compromise programming method,CPM)和改进博弈论四重组合赋权法(Improved fourfold combination weighting model of game theory,IFCWGT)的强度-刚度-振动多目标拓扑优化(Topology optimization,TO)综合策略。为缓解传统变密度法收敛至局部最优解及局部模态问题,将应用TSC技术的PPM引入至开口甲板多目标概念设计领域。建立结合CPM和PPM-TSC的最大单元应力最小化、静态多应变能最小化、动态多频率最大化的多目标TO模型并应用β法以获取Pareto妥协解。提出利用博弈论思想无偏好耦合层次分析(Analytic hierarchy process,AHP)法、熵权法(Entropy weight method,EW...     

基于变密度法的大型天线系统支撑结构优化设计

大型天线支撑结构的合理设计对满足系统刚强度、轴系精度具有十分重要的意义。基于变密度法的拓扑优化方法根据约束条件和目标函数确定结构内材料最优分布,是合理进行支撑结构内部加强筋设计的一种行之有效方法。推导了以位移为约束,结构质量为优化目标变密度拓扑优化模型;针对某大型天线系统的支撑结构原设计方案中质量较大、结构内加强筋设计不合理出现局部应力集中等问题,设计该结构的三维拓扑优化域,运用该模型以天线系统允许的最小变形为约束条件,以质量最轻为目标进行三维支撑结构的拓扑优化设计,结合载荷传递路径,提出大型天线系统支撑结构内部加强筋设计方案,并采用尺寸优化方法对支撑结构外表面的上支架、底座等位置的板筋厚度进行优化,确定了支撑结构的最终优化方案。经验证,该结构在原方案的基础上减重12.5%,且有效地改善了力传递特性,消除了应力集中现象。     

一种自由度缩减和收敛加速的高效等几何拓扑优化方法

为提高等几何拓扑优化效率,提出了一种高效等几何拓扑优化方法,从自由度缩减和收敛加速两个方面对等几何拓扑优化进行加速。自由度缩减算法包括基于位移变化的自由度缩减和基于空单元的自由度缩减,收敛加速算法包括设计变量缩减和灰度抑制算法。二维和三维算例结果表明,所提出的高效等几何拓扑优化方法在保证优化精度的同时,相对于传统等几何拓扑优化方法的加速比为1.56～6.02,显著提高了等几何拓扑优化的效率,为产品结构的高效高质量设计提供了有力支撑。     

基于QPSO的重载齿轮多目标优化设计

粒子群优化算法(PSO)是一种基于群智能的优化方法,量子粒子群优化算法(QPSO)是基于PSO进行改进的算法,规则简单、收敛速度快、易于编程实现。对于多目标、多约束条件的重载齿轮的优化设计,本文提出了一种基于QPSO优化求解的设计方法;实践表明能够快速、有效求得优化解,是求解重载齿轮优化设计问题的一个较好方案。     

基于Pareto挖掘的白车身侧碰安全件轻量化优化设计

为提高白车身轻量化优化效果,提出了熵权灰色关联分析法用于挖掘非支配Pareto解集中的最优解。建立了白车身及整车侧碰有限元模型,通过实车侧碰试验验证了所建模型的准确性。以侧碰安全件料厚为设计变量,综合考虑白车身弯扭刚度、振动频率等基本静-动态性能及侧碰安全性能,构建径向基函数神经网络结合Kriging（RBFNN-Kriging）混合近似模型并联合第二代非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ算法）进行了多目标优化。最后,提出了熵权灰色关联分析法计算所有非支配Pareto解的灰色关联度,并以此为评价指标进行多目标决策。优化决策结果表明：在满足白车身性能设计基线的要求下,白车身侧碰安全件质量减小了2.68 kg,取得了较好的轻量化效果。     

一种基于协同近似的多学科设计优化方法

为避免求解复杂工程系统多学科设计优化问题时需要反复调用复杂耗时的多学科分析和进行繁琐的灵敏度计算,提出了一种基于协同近似（CMSO）的多学科设计优化方法。首先通过一种协同模型来筛选出更能反映多学科问题本身属性的样本点,通过协同模型来保证系统的多学科一致性;然后通过这些样本点分别构建自适应代理模型,并进行代理模型的验证和确认;最后选择最佳的代理模型来构建多学科优化模型并使用序列二次规划法进行优化求解。通过一个数学算例和圆柱螺旋压缩弹簧设计案例验证了CMSO法的可行性和有效性,且与单学科可行法的比较结果表明了CMSO法的高效性。     

基于弹性交互作用系数法的法兰接头拧紧方法优化

为优化传统星形拧紧方法,提出一种基于弹性交互作用系数法的法兰接头拧紧方法。运用有限元方法对优化后的拧紧方法进行仿真计算,分析其拧紧效果即螺栓载荷大小和均匀性,并通过实验验证有限元仿真结果的有效性和提出的拧紧方法可行性。结果表明:运用优化后的拧紧方法能通过一轮拧紧将法兰螺栓载荷预紧到目标载荷的90%以上,拧紧效果超过传统拧紧方法六轮拧紧的拧紧效果,且螺栓力分布均匀;该方法适用于不同口径法兰和不同大小的目标载荷。法兰拧紧实验结果与仿真结果相符合,证明仿真结果的有效性和提出的拧紧方法可行性。     

产品族架构设计与供应商选择的主从关联优化

针对产品族架构设计与供应商选择的关联优化问题,提出了基于主从对策的交互评价机制。根据主从决策机制建立主从关联双层规划优化模型,以产品族架构设计为主,供应商选择为从。模型上层以效用-成本比为目标,决策产品族架构设计方案。模型下层以成本为目标,决策供应商的选择。构建双层嵌套遗传算法求解模型,并添加具有产品族特色的编码处理策略。最后以客车底盘的案例对模型和遗传算法进行了验证。     

基于响应曲面法的YG8硬质合金刀片化学机械抛光工艺参数优化

为了快速确定YG8前刀面抛光的最佳工艺参数,提高加工效率和精度,利用响应曲面法对YG8硬质合金刀片抛光工艺进行优化试验研究。通过单因素试验确定抛光转速、抛光压力、磨粒粒径和磨粒浓度的水平,并对4个工艺参数进行中心复合设计试验。建立了材料去除率RMR和表面粗糙度Ra的预测模型,基于响应曲面法优化工艺参数获得最佳工艺参数为抛光转速65.5 r/min、抛光压力156.7 kPa、磨粒粒径1.1 μm、磨粒浓度14%,此时得到了最小表面粗糙度预测值Ra=0.019 μm,材料去除率RMR=56.6 nm/min。试验结果表明,基于响应曲面法的材料去除率与表面粗糙度预测模型准确有效。     

液体旋转关节的设计

雷达威力的提升使传输流量和耐压等级不断得到提高,进而对液体旋转关节提出了更高要求(如高可靠、长寿命、大流量和高耐压等).因此有必要对液体旋转关节的设计特点进行研究.文中结合液体旋转关节的工作原理和特点,从结构形式和密封方式2方面进行了重点阐述,总结出径向排布式和轴向排布式2种典型结构以及油封密封、机械密封和组合密封3种典型密封方式,并对比分析了它们的特点和适用范围,指出液体旋转关节设计的关键技术是选择合适的动密封技术和保证旋转关节工作时的同心度,最后对其应用前景进行了展望.     

自由外翻式组合吸能装置的设计及优化

为研究三节直翻卷圆管轴向压缩下的吸能特性,采用非线性有限元软件LS-DYNA进行了仿真分析,发现当上圆管、下圆管壁厚越接近且上圆管厚度略大于下圆管时,载荷-位移曲线统一于一条平稳的水平线,圧缩力效率乘积可达0.838 7,比吸能可达15.342 8  J/g,冲程效率高达76%,接近理论值。针对三节直翻卷圆管冲程效率高、载荷十分平稳但比吸能欠缺的特点,在其内部填充波纹管和多胞管以提高总吸能及比吸能。结果表明：填充后形成的组合吸能装置延续了冲程效率高、载荷平稳的特性,相比单一直翻卷管,总吸能提高了105.75%,比吸能提高了26.28%。利用径向基函数代理模型及遗传算法对组合吸能装置的比吸能进行寻优,优化结果显示,最大比吸能在多胞管、波纹管壁厚分别取上限值、下限值时达到,且相比单一直翻卷管,其值提高了30.86%。     

三级齿轮减速箱动态特性分析与结构优化设计

运用有限元工具建立某型起重机用三级齿轮减速箱动力学模型,在考虑传动误差和轴系变形的条件下对整机进行动力学特性分析,并提出结构优化设计方案。