基于灵敏度分析的稳健可靠性优化设计模型及MATLAB实现

在机械零件的可靠性优化设计中,普遍存在约束的作用,且最优解往往位子可行域的边界上。由于外界环境的变化或人为因素造成设计变量扰动,可能使设计成为不可行。本文提出了一种基于设计变量敏感度的稳键性设计方法,建立了基于灵敏度分析产生附加目标函数的两种稳健可靠性优化设计模型,并用 ＭＡＴＬＡＢ语言的优化工具箱和符号工具箱来实现机械零件的稳健可靠性优化设计,计算实例说明所述模型的可行性与实用性。     

三级圆柱齿轮传动的优化设计算法

以总中心距最小为目标的三级圆柱齿轮传动优化设计的数学模型包含有连续变量和离散变量,分析各设计变量之间的啮合关系和约束条件,并考虑各设计变量对优化目标的影响能力,通过在传动比和整体性约束等因素上解除各级传动间的耦合关系,将三级传动优化设计问题转换为传动比分配优化设计与单级齿轮传动优化设计问题的重复求解,并采用可行城的枚举优化算法实现单级齿轮传动优化设计,简化了求解运算.     

工程稳健优化设计

本文从工程设计观点讨论了设计解的稳健性、稳健设计和稳健优化设计的基本概念,提出了一种基于随机优化技术的稳健优化设计的建模原理和求解算法,这一方法将通过调整设计变量的名义值和控制它的容差来考虑可控变量和不可控参数的变差对产品质量的影响,以提高设计解的可行稳健性和质量函数的不灵敏性。     

蜂群算法在离散变量结构优化设计中的应用

基于二进制编码将设计变量与其离散取值进行空间映射,随机产生个体并形成初始群体,采取基因突变方法在其邻域范围内产生新食物源,构建了适用于求解离散变量结构优化设计问题的改进蜂群算法。以求解多模测试函数极值问题验证了改进蜂群算法的可行性。通过三杆桁架结构优化设计演示了改进蜂群算法在离散变量优化设计中的应用,优化结果与传统结构优化设计结果相比较,表明改进蜂群算法的有效性。运用蜂群算法求解十杆超静定桁架结构优化问题,计算结果表明改进蜂群算法求解离散变量结构优化问题是可行、有效的。     

平面连杆机构的6σ稳健优化设计

在平面连杆机构的确定性优化设计中,满足各种约束的最优解一般在约束边界附近,当设计变量产生随机波动时,最优解往往变成违反约束的不可行解,导致设计失效.运用6σ稳健优化设计理论,建立了基于容差模型的再现轨迹连杆机构的稳健优化设计数学模型,利用iSIGHT软件集成的6σ稳健优化设计模块,进行稳健优化设计.结果表明,稳健优化设...     

改进的复合形法在机械优化设计中的应用

<正> 一引言一般的优化设计方法只能求连续变量的最优解。但是,在机械优化设计中,大量的是混合设计变量问题,即在数学模型中同时存在连续变量、整型变量和离散变量。目前,解决混合设计变量优化问题的最常用方法是圆整法。虽然圆整法简便易行,但由于约束函数性态的多样性,有时会出现圆整最优解不是实际最优解,甚至不是可行解的情况。因此,应该探索新的解决办法和途径。     

二次因子分析的柔顺定位平台参数优化设计方法

针对3-RRR柔顺并联微动平台多响应优化设计中存在各种因子影响和交互影响导致各变量组合对目标函数的影响程度不易掌控,从统计学的角度引入一种提高该机构稳健性变量优化设计方法。首先建立微型定位平台运动模型,在该模型的基础上进行试验设计并且将数据进行KMO检验和Bartlett球形检验;分析后的结果处理掉一些权重不大的变量,得到的结果是可以进行因子分析,对所有组合进行打分,从而找出可行的变量优化设计方案。实例结果表明从统计学角度引入的因子分析法可以为微型机构多目标稳健参数优化设计提供一种新的解决方法。     

汽车双横臂悬架参数稳健优化设计

针对悬架设计参数的不确定性,提出了基于Kriging模型和粒子群优化算法的双横臂悬架稳健优化设计方法。对悬架硬点坐标进行灵敏度分析,获得对于悬架性能影响较大的一组悬架硬点的坐标,将其作为设计变量,悬架的运动学性能作为响应,拟合得到了双横臂悬架的Kriging模型。应用粒子群算法,考虑噪声因素对悬架运动学性能的影响,在设计变量的可行空间内进行寻优,获得双横臂悬架稳健优化设计的方案。通过稳健优化设计,双横臂悬架运动性能参数的稳健性得到了提高。     

环形弹簧无量纲参数优化设计方法及MATLAB实现

环形弹簧由于具有空间尺寸小、刚度大、吸振能力强等特点而被广泛地应用于各种场合。以环形弹簧的质量最轻为目标函数,以5个无量纲参数为设计变量,以强度及刚度要求等为约束条件,建立了单目标优化设计数学模型。用MATLAB语言编写了数学模型.m文件,调用fmincon函数完成了优化设计过程。通过计算实例,不仅证明了该优化设计方法是合理可行的,而且计算结果也更符合设计要求。     

基于蚂蚁算法的谐波齿轮传动模糊优化设计

研究了谐波齿轮传动优化设计问题，建立了其模糊优化设计数学模型。引入蚁群更新策略对蚂蚁算法进行了改进。为了求解混合离散变量优化设计问题，在搜索过程中对设计变量进行工程化处理，蚂蚁按处理后的变量进行离散搜索。采用MATLAB语言设计了蚂蚁算法程序，给出了谐波传动的混合离散变量优化设计实例。     

整体法兰的可靠性稳健优化设计

将可靠性优化设计理论、可靠性灵敏度分析技术与稳健设计方法相结合，讨论整体法兰的可靠性稳健优化设计问题，提出可靠性稳健优化设计的计算方法。把可靠性灵敏度溶入可靠性优化设计模型之中，将可靠性稳健优化设计归结为满足可靠性要求的多目标优化问题。数值算例表明所提出的数值计算方法是一种非常方便和实用的可靠性稳健优化设计方法。     

数控机床主轴的多目标优化设计

对数控机床主轴的机构参数优化问题进行了研究。提出了一种以主轴重量、主轴伸出端的扰度为目标的结构参数多目标优化方法。研究了利用多学科优化设计软件iSIGHT对数控机床主轴进行多目标优化设计的方法步骤,并对一个简化的机床主轴模型进行了多目标优化设计,得到Pareto最优解集。研究表明,基于Pareto最优解的方法更适合于数控机床主轴的优化设计;利用iSIGHT进行优化设计,可以简化求解过程,具有一定的工程实用价值。     

横风下高速列车流线型头型多目标气动优化设计

为改善高速列车的横风气动性能,建立高速列车流线型头型的多目标优化设计方法,以横风下高速列车的侧力和升力为优化目标,对高速列车流线型头型进行多目标自动优化设计。建立高速列车流线型头型的参数化模型,提取出5个优化设计变量,利用计算流体动力学方法进行高速列车流场计算,并结合多目标遗传算法,实现横风下高速列车流线型头型的自动寻优设计。通过相关性分析,得到影响侧力和升力的关键优化设计变量,并进一步研究关键优化设计变量和优化目标之间的非线性关系。经过多目标优化设计,获得一系列的Pareto最优头型,这些头型的横风气动性能均得到明显改善。同时为保证无风环境下高速列车的基本气动性能不发生恶化,最终筛选出8个Pareto最优头型。对于这8个Pareto最优头型,相对于原始头型来说,横风下的侧力最多可降低3.06%,横风下的升力最多可降低19.60%,无风时的气动阻力最多可降低4.51%,无风时的气动升力最多可降低9.68%。     

基于模糊可靠度约束的单级圆柱齿轮减速器的多学科协同优化设计

多学科协同优化设计主要用来解决复杂系统的优化设计问题。近些年来研究者已将多学科协同优化设计方法应用于单级圆柱齿轮减速器的设计中,但与以往的常规优化方法一样,在减速器的多学科协同优化设计中,未考虑设计中一些基本参数的模糊性和离散性,因此,在充分考虑了单级圆柱齿轮减速器各设计参数的模糊性和随机性的基础上,结合新近发展起来的多学科优化设计方法,探讨了基于模糊可靠度约束的单级圆柱齿轮减速器的多学科协同的优化设计方法,给出了实例,并验证得到满意结果。     

高压储气罐结构拓扑优化设计

拓扑优化是一种能在给定的空间进行结构优化的设计方法,以有限元结构分析与优化算法相结合为手段,对CNG高压储气罐的结构进行了拓扑优化设计,建立了CNG高压储气罐优化设计的有限元模型,确定了设计变量的数目,分析了各设计变量对优化结果的影响,给出了主要设计变量对优化结果的影响规律,根据拓扑优化的计算结果,考虑到制造与加工、生产的需要,确定了储气罐的最优设计参数选择,并分析了各优化结果的应用。计算结果表明该优化设计方法有效,计算结果为高压气罐的进一步设计提供了理论依据。     

非正态随机参数的机械零件的可靠性稳健设计

将可靠性优化设计理论、可靠性灵敏度技术与稳健设计方法相结合,讨论具有非正态随机参数的机械零件的可靠性稳健设计问题,提出可靠性稳健设计的计算方法。将可靠性灵敏度溶入可靠性优化设计模型之中,将可靠性稳健设计归结为满足可靠性要求的多目标优化问题。利用四阶矩技术在基本随机参数的前四阶矩已知的情况下,通过计算机程序可以实现具有非正态随机参数的机械零件的可靠性稳健设计,迅速准确地得到具有非正态随机参数的机械零件的可靠性稳健设计信息。数值算例表明文中所提方法是一种非常方便和实用的可靠性稳健设计方法。     

迷宫式调节阀节流碟片的流道优化研究

迷宫式调节阀的节流特性依赖于节流碟片流道结构,合理设计节流碟片可以有效改善调节阀性能。提出一种适用于节流碟片流道优化的设计流程,基于流体动力学理论与数值仿真方法,结合NSGA-II多目标优化算法,实现节流碟片流道的三维结构优化设计。以节流碟片流道中流体最高速度和流量为优化目标,流道的几何尺寸作为输入量,将计算流体力学与NSGA-II算法联合,获得了优化后流道三维结构集合。优化设计的节流碟片结构可以有效降低流体的最大流速并提高流量,改善流道的流动特性,为相关流体传动元件的设计提供参考。     

基于NSGA-II算法的超轻型火炮摇架多目标优化设计

针对超轻型火炮摇架减小质量、提高刚度的设计要求,基于有限元法和多目标优化设计方法,建立了摇架多目标优化数学模型。以摇架质量和刚度为优化目标,以摇架强度为约束条件,选择了摇架外形结构尺寸和摇架钢板厚度为设计参数,采用改进非支配排序遗传算法(NSGA-II)作为优化方法。通过优化得到了摇架Pareto最优解集,优化结果对超轻型火炮摇架设计具有指导意义,同时,该优化设计方法为处理薄壁结构优化问题提供了一种新的设计思路。     

基于遗传算法的交互式齿轮优化设计方法研究

常规的齿轮设计方法通常需要花费大量时间，通过数次试算才能得到一个较好的设计结果，采用一般的非线性和线性优化方法注解起来也比较困难。为此，本文以渐开线标准直齿圆柱齿轮为例，提出了一种基于遗传算法的交互式优化设计方法，对于设计原始数据，设计要求及设计过程中的经验型中间结果采用交互式输入，而对其他主要设计变量采用遗传算法进行优化。     

振动夹具的综合优化设计

夹具设计要求质量轻、刚度大。为了在这两者间取得平衡,文中综合使用拓扑优化和尺寸优化两种方法对夹具进行优化设计以实现设计目标。基于拓扑优化结果设计了夹具的拓扑优化模型。虽然相对于初始模型,该模型的第1阶固有频率降低了36.5%,但其质量降低了66.7%,表明拓扑优化效费比显著。以设计参数的合理设计范围作为约束条件,把使第1阶固有频率最大和夹具质量最轻作为优化目标来实施尺寸优化,得到夹具的详细设计模型。与拓扑优化模型相比,该模型的质量降低了3%,第1阶固有频率提升了6%。之后对振动夹具实施了随机振动试验。受试设备安装点的功率谱密度响应曲线的均方根值最大为输入谱均方根值的1.17倍,说明夹具具有良好的动力学传递特性,夹具的综合优化设计方法有效可行。