基于IRSM和IP-GA的车架非概率可靠度优化

以某牵引车车架为研究对象,对车架进行有限元分析,求车架结构的强度值。制造车架材料的密度和弹性模量存在不确定性,在求解可靠度时,要考虑这些参数的不确定性。运用改进响应面法(IRSM)构建不确定变量、设计变量与强度值之间的近似模型,求得车架原厚度的非概率可靠度指标。以设计变量相关车架部件的质量最轻为目标函数,车架原厚度可靠度指标为约束构建非概率可靠度优化模型。运用隔代遗传算法求解不确定性优化,并与确定性优化相比较。计算结果表明:在不降低车架原厚度可靠度指标的基础上,确定性优化和不确定性优化都能够做到轻量化,且不确定优化比确定性优化多减轻20 kg质量,有重要的优化设计价值。     

环板式针摆行星减速器输出轴的可靠性设计研究

传统设计方法是把影响零件工作状态的设计变量都处理成确定的单一变量。描述零件状态的数学模型即变量与变量的关系,是通过确定性的函数进行单值变换获得。这种设计方法无法用定量指标判断轴的可靠性。文中介绍了输出轴的可靠性设计方法和输出轴的可靠度计算方法。计算了双电机驱动双曲柄四环板针摆行星减速器中输出轴的可靠度。     

含非正态随机参数结构可靠度的虚拟变量算法

虚拟变量法是一种把随机问题转化确定性问题的方法,基于与失效函数有关的随机结构变量的均值,标准差和概率分布统计参数的确定性特征,本文提出了按一次二阶矩理论准确计算含非正态随机参数结构可靠度的一种虚拟变量算法。     

考虑运动副间隙的平面函数机构概率综合

运动副间隙是机构系统中最重要的一类不确定性因素,它对机构的运动精度、可靠性以及动力学性能有着重要影响,为此提出一种概率综合方法对含运动副间隙的机构进行运动学设计。首先应用截尾混合降维法对运动副间隙变量的统计相关性进行处理,以此为基础建立含运动副间隙的机构运动误差的概率模型并导出机构运动精度可靠性分析模型。然后在机构确定性综合模型中引入可靠性约束,并以机构运动失效概率最小为目标函数建立机构不确定性综合的数学模型。最后以平面四杆函数机构为例验证方法的有效性。     

基于Kriging近似模型的某轿车前悬架不确定性优化

针对前悬架确定性优化没有考虑参数不确定性时存在的问题,提出了一种考虑不确定性因素的前悬架不确定性优化方法。应用ADAMS/Car建立了某轿车麦弗逊式前悬架模型,在ADAMS/In-sight中进行了悬架设计硬点参数的灵敏度分析,针对灵敏度较大的设计硬点参数和所考虑的不确定性量,建立了车轮定位参数在车轮跳动过程中的Kriging近似模型,简化了优化过程。针对该近似模型进行了动力学分析,运用经过改进的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)和隔代遗传算法(IP-GA)进行了多目标不确定性优化求解。优化结果表明,该不确定性优化方法具有较高的有效性和精确性。与确定性优化结果的对比表明,不确定性优化具有更好的鲁棒性。     

不确定因素影响下的机床支承件多目标稳健性设计

针对机床支承件制造及工作过程中的不确定因素对其性能的影响问题,提出了以支承件静态刚度和重量为目标的稳健性优化设计方法。采用区间不确定性和稳健性设计方法构建了不确定性因素影响下的稳健性多目标优化问题的目标函数。以某立式铣削加工中心支承件立柱为例,选择机床切削点载荷作用下的位移和立柱重量为优化目标;通过分析立柱特征尺寸对目标函数的灵敏度确定优化变量;选取立柱密度、弹性模量及切削载荷为不确定变量;利用支持向量机方法构建了目标函数对优化变量和不确定变量的响应模型。利用隔代遗传算法和非支配排序遗传算法求解立柱多目标优化问题。对比分析了立柱不确定性优化和确定性优化设计结果,表明其在重量降低的前提下,刚度得到明显提升,且稳健性提高40%。     

基于FORM的齿轮传动多学科优化设计

通常多学科设计优化是一种确定性设计方法,未考虑不确定性因素的影响。为降低多学科设计优化过程中不确定性因素对系统性能的影响,将一次可靠性方法与协同优化方法相结合,应用到多学科设计优化中。建立基于一次可靠性方法的协同优化的数学模型,并阐述其求解流程,该方法可用于多学科设计优化领域的可靠性设计问题。分别运用协同优化方法和基于一次可靠性方法的协同优化实现了减速器齿轮传动的多学科优化设计,在这两种方法的系统级优化中,引入松弛变量,将一致性等式约束转化为不等式约束,使算法易于收敛。优化结果表明基于一次可靠性方法的协同优化方法求得的最优解使得约束条件满足了可靠性要求,提高了系统的可靠性,具有实际工程意义。     

基于稳健性和多目标优化的车顶结构轻量化设计研究

针对国内外顶结构轻量化的研究多是单目标优化,且没有考虑不确定性因素影响的问题,提出了一种基于多目标优化和6σ稳健性设计的车顶结构轻量化设计方法。通过参数试验设计进行了灵敏度分析,筛选出了对车顶响应贡献量较大的结构件厚度作为设计变量;采用最优拉丁超立方设计和响应面法建立了车顶各响应的近似模型;以设计变量总质量、覆雪强度、抗凹性能为优化目标,前三阶模态频率为约束条件,基于近似模型,运用第二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行了确定性多目标优化,得到确定性多目标优化结果;运用蒙特卡洛模拟技术对确定性多目标优化结果进行了6σ质量分析,并进行了6σ稳健性多目标优化。优化结果表明,车顶结构在满足各性能要求的情况下实现了轻量化,质量减轻3.77 kg,且覆雪强度提高,同时车顶结构各工况性能的稳健性提高,达到6σ质量水平。     

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。     

基于不确定性和模糊理论的汽车平顺性优化

以整车八自由度振动模型为对象,建立某车行驶平顺性的MATLAB/SMULINK模型,根据仿真结果构建了Kriging模型。以座椅加权加速度均方根值为目标函数,以悬架的刚度和非线性阻尼系数、座椅的刚度和阻尼为设计变量,以簧上质量、轮胎的刚度和阻尼为不确定模糊变量,运用模糊理论和多种群遗传算法对该仿真模型进行双层嵌套的不确定性优化。对比表明:不确定性量在一定范围变化时,确定性优化的目标函数恶化到2.0 m/s2,远远大于不确定性优化时目标函数的最小值(1.5 m/s2),即不确定性优化的结果对行驶过程中的不确定性量变化更加不敏感,适应性更好。     

现场总线控制系统的网络变量通信技术

现场总线控制系统中的网络变量通信技术来源 PL C网络的全局 I/ O变量通信。不同现场总线的网络变量通信有所差异 ,这将导致其适用场合不同。这里剖析了 CAN总线 ,L onworks总线及 World FIP总线的网络变量通信机制指出 :CAN具有优秀实时性却具有不确定性 ,L onworks实时性一般而且具有不确定性 ,而 World FIP既具有优良实时性又具有确定性但却是主从方式。这些差异可作为用户设计 FCS系统时的参考     

圆弧齿圆柱齿轮传动的模糊可靠性优化设计

圆弧齿轮传动设计中,诸如工作应力、极限应力等设计参数及其影响因素很多都具有模糊性。为对模糊性进行定量分析处理,本文运用模糊论方法建立了以模糊可靠度等为约束条件,以体积最小为目标的优化数学模型。求解时,则采用了混合离散变量优化方法,以避免优化结果因齿数等离散变量圆整所引起的劣化。实例表明,模糊可靠性优化设计是一种更具科学性、更符合客观实际要求的设计方法。     

基于容差分析的结构非概率可靠性模型

在对新结构进行可靠性设计分析时,概率可靠性模型和模糊可靠性模型对数据信息要求较高。为了充分利用结构的不确定性信息以弥补数据的不足,在采用区间变量描述结构不确定性参数的前提下,研究不确定性参数的容差与偏差之间的关系及其对结构可靠性的影响方式,提出一种基于容差分析的结构非概率可靠性模型。进而,以结构应力—强度干涉模型为基础,分析结构的典型干涉模式与不确定性参数容差的存在性质,给出结构非概率可靠性的一种新的度量方法。以简单线性结构为例给出相应的算法,并将此推广到非线性结构。接着以多变量线性结构为例,给出相应算法,并同样将其推广到非线性结构。该方法适用于任意形式的结构功能函数,计算简便,易于工程实现,为结构容差设计与可靠性分析提供定量依据。     

考虑分布参数不确定的换热器封头结构优化研究

针对换热器封头的性能设计问题,对封头结构变量不确定性分析、Kriging近似模型构建、结构变量优化设计等方面进行了研究,提出了一种考虑分布参数不确定的换热器封头结构优化设计方法。基于对封头结构变量的不确定性来源的分析,建立了结构变量及其分布参数不确定性的表达函数;基于预测区间准则和遗传算法,构建了封头结构变量与流动不均匀度的自适应Kriging近似模型;建立了换热器封头结构优化设计函数,在Isight中实现了以流动不均匀度最低为目标的封头结构变量优化设计,获取了最佳封头结构尺寸。研究结果表明:优化后的封头结构的内部流动更均匀,降低了出口速度的不均匀度,提高了换热效率。     

非正态分布的连续体结构可靠性拓扑优化设计

由于具有不确定性参数的连续体结构普遍存在,因此研究不确定性参数连续体结构的可靠性拓扑优化问题具有十分重要的意义。在基本随机变量前四阶矩已知的情况下,利用四阶矩技术以及有限元方法求解连续体结构的可靠度,对隐式的可靠度约束进行显式化处理。将连续体的拓扑优化设计视为一种对单元的模式识别,将模式识别领域的K邻近方法引入到连续体结构拓扑优化设计领域,以结构的单元应力作为识别的变量,利用应力的欧拉距离作为判别的标准,对连续体结构进行可靠性拓扑优化设计。通过数值算例与确定性设计结果进行对比,结果表明,考虑了可靠度影响的拓扑优化结果要优于确定性参数的优化结果,同时表明该计算方法是可行的。     

偏好函数在稳健设计中的应用

工程设计中存在两种不确定性,随机不确定性和主观不确定性.经典的稳健设计可以很好地解决设计中的随机不确定性因素,但是这些方法没有考虑设计中出现的主观因素,因此设计结果可能对某些主观因素非常敏感.当前稳健设计中很少在同一模型中同时考虑这两种不确定因素.为了在工程设计中获得全面的稳健设计,在汽车转向横拉杆的设计中,同时考虑设计中的随机不确定性因素和主观因素,并应用偏好函数集成主观因素.横拉杆的设计是多目标优化设计,目标分别为变形最小、质量最轻.文中应用整体性能偏好函数补偿计算这两个矛盾的目标,寻找稳健的最优解.在个体性能偏好函数定义中,采用线性函数定义;在整体性能偏好函数中存在的权重、补偿系数等主观因素,采用区间法求解.这种方法不仅对设计中的随机因素有稳健性能,并且可以科学地为权重及补偿系数等主观因素变量赋值,提高工程设计的稳健性能.     

载荷不确定性的机床支承件公差优化设计

为降低不确定因素对机床支承件精度的影响,提高支承件精度稳健性,针对机床支承件安装基准面,提出一种考虑载荷不确定性的机床支承件公差优化设计方法。首先建立机床支承件精度稳健性优化模型;其次,考虑载荷不确定性求解与支承件所联接零部件的位姿误差分布,利用响应面法构建支承件安装基准面公差、载荷不确定变量与支承件误差分布参数间的近似模型;再次,结合现有的加工成本函数,利用粒子群嵌套优化算法求解优化问题。以某龙门式加工中心横梁为例,利用不确定性优化方法优化基准面公差。最后,通过与确定性优化结果对比,发现提出的稳健性公差优化设计方法在保证加工成本较低的同时,可以有效提升设计产品的稳健性。     

考虑粗糙表面特性的驱动轴系统轴向派生力的区间不确定性优化

以一驱动轴系统为研究对象,基于分形理论,首先建立了一种考虑粗糙表面特性的轴向派生力的确定性模型.通过轴向派生力测试,验证了确定性模型的有效性.在考虑粗糙表面特性后,轴向派生力具有较大的不确定性.为了更有效地分析和优化轴向派生力,基于建立的确定性模型和勒让德多项式,提出了一种轴向派生力的区间不确定性模型.在区间模型中,输...     

蜗杆传动的模糊优化设计

<正>蜗杆蜗轮在各类机械设备的传动系统中应用广泛.近年来对普通优化设计的研究,能在众多满足设计要求的可行方案中,选出实现设计目标的最佳方案.然而,由于设计中某些根据设计规范或经验确定的参数取值的不确定性,以及影响设计的某些因素如载荷性质,材质好坏又很难用确定的数量表示,这就导致了设计的模糊性.普通优化设计方法没有考虑这些模糊因素的影响,致使优化出来的“最佳”结果与客观实际存在一定的距离.针对这种情况,本文兼顾到影响蜗杆传动因素的模糊性,应用模糊数学理论,对蜗杆蜗轮传动进行模糊优化设计.     

模糊分析方法在机械设计中的应用

一.前言在现实生活和工程设计领域中,存在着许多不确定现象,它主要表现在两方面:一是随机性,一是模糊性。前者是由于事物的因果关系不确定所造成的,它属于概率统计研究的范畴。后者是因边界不清楚所造成的,它是指其在质上没有确切的含义,在量上没有明确的界限。不确定性是事物的一种客观属性,是事物发展过程中存在着亦此亦彼或中介过渡状态的结果。例如,对于滚动轴承类型的选择,在同一工况下,有时各人会有各人的选择;对于材料的选用,制造某种零件往往也并不是非某种材料不可,…。这就是事物的模糊性。这些问题之所以模糊,是由于涉及的因素太多,且有些因素