基于逆向工程的汽车车身三维造型设计

运用逆向设计的原理,以保时捷汽车模型车身为研究对象,利用激光扫描获得车身表面的点云数据;用Geomagic Studio软件对点云数据进行体外孤点、噪声点的去除以及点云拼接与对齐;然后用Imageware软件进行由点-线-面的曲面重构过程,并对曲面进行连续性和光顺性分析,得到质量良好的汽车车身CAD模型,完成了逆向工程在车身设计中的应用初步研究。更多还原     

基于代理模型的旋翼翼型动态失速优化设计

利用代理模型方法取代计算流体动力学（CFD）方法,开展旋翼翼型的动态失速特性优化设计. 建立基于动网格技术的旋翼翼型非定常气动特性求解方法,获得旋翼翼型在不同外形下的升阻力和力矩气动特性参数. 利用类型转换（CST）翼型参数化方法,对初始翼型进行拟合重构;选取12个设计参数,利用基于自然启发的全局优化差分进化算法,优化目标是降低旋翼翼型的力矩和阻力特性,主要限制条件是保证升力特性不降低和翼型厚度增幅不明显. 将本文的优化设计结果与基于伴随方法和CFD方法的优化结果进行对比. 结果表明,基于Kriging模型的动态失速特性优化方法与伴随方法相比,在二维翼型优化设计上具有更好的寻优性能,优化翼型气动特性的表现更好;该方法与CFD方法相比,在利用全局优化算法的优势下,减少了过早陷入局部最优点的可能性,对比优化结果表明,在力矩和阻力特性相差无几的情况下,升力特性的表现更优.     

基于优化设计理论的桥梁有限元模型修正

为改善桥梁有限元建模的精度,降低理论模型计算结果与实验结果之间的误差,采用模型修正技术对建立的初始有限元模型进行修正.利用桥梁模态参数识别结果,以频率残差和实测自由度上振型分量残差加权和最小为优化计算目标,无须振型扩阶,避免了由此引入误差的影响.依据工程经验对修正参数和频率变动施以约束条件,将有限元模型修正问题归结到约束优化问题.问题的求解采用基于梯度下降的优化迭代算法.仿真结果表明,经过修正后的有限元计算模型计算结果与实验结果非常接近.可以应用于动力实验模型修正.     

基于经济负荷分配的混沌迭代粒子群算法

为高效求解复杂的非凸、非线性电力系统经济负荷分配问题,提出了一种混沌迭代粒子群算法：粒子群算法的全局搜索能力很强,但易陷入局部最优,混沌的遍历性特性可有效抑制早熟现象。将最优迭代因子引入粒子群算法,对经粒子群算法搜索后的先验解进行基于一种新 Ｔｅｎｔ映射的混沌变异,并改进算法的迭代策略,以平衡粒子的全局和局部性搜索,避免了早熟收敛。通过 ６机组、１５机组的仿真试验,以及同其他算法仿真结果的比较,验证了本算法良好的收敛性和寻优性。     

Kriging序贯设计方法在滑动轴承优化中的应用

利用Kriging代理模型提供目标函数无偏预测值和理论置信区间的优势,比较传统试验设计方法和基于Kriging模型的序贯加点方法对模型的影响,结合设计空间的全局搜索和最优解临近区间的局部搜索,引入并行加点准则及相应的收敛条件,得到精度、效率高的代理模型,用2个经典优化测试函数进行验证和评估.结果表明,与传统试验设计方法相比,基于Kriging的序贯加点方法得到的模型全局精度更高且能更快地收敛到优化问题的真实最优解.最后,以动静压滑动轴承为优化设计对象,单位承载力下摩擦功耗为目标函数,考虑几何结构及工况等约束条件,采用传统试验设计方案和Kriging序贯加点方案分别建立目标函数的模型,分别进行优化设计,并同传统的复合形优化结果进行对比. 3种方案对比结果显示,Kriging加点方案在有限迭代步数下,对于降低单位承载力下的摩擦功耗效果最为显著,验证了该方法快速收敛的特性.     

基于反求工程的剃须刀造型设计

利用HOLON3DS光学面扫描系统对剃须刀油泥模型扫描得到点云数据,在Geomagic Studio软件中对点云数据进行处理并完善其曲面形状,经过拟合完成了剃须刀的NURBS曲面造型设计.将设计的模型导入快速成型设备制造和装配,完成了剃须设计和快速原型制造,这种方法在工业设计中可快速实现产品从创意设计到定义造型设计的过程.     

基于正交设计的协作机器人全域结构优化设计

为解决时变位姿和建模精度对机器人结构优化的影响,提出了一种有限元与解析法相结合的机器人实时模态分析方法,能够实时、高效、高精度地获得机器人任意位姿下的固有频率和振型.同时为降低计算量,实现全域结构优化,基于正交设计提出了一种以机器人质量与全域一阶固有频率比(M/GF)为优化目标、以机器人结构尺寸为优化变量的全域动态性能结构优化设计方法.优化结果表明:优化后的M/GF指标比优化前提高了9.90％,优化后的全域一阶固有频率指标比优化前提高了0.91Hz.     

弧形钢闸门结构整体优化设计

对闸门结构的优化多将其简化为平面体系或者分别对各构件进行优化,而各构件的最优往往不能等同于结构整体最优.利用APDL语言对ANSYS进行二次开发,融合了有限元法数值计算的准确性和优化方法求极值的高效性,按真实的三维情况对闸门进行优化设计,成功解决了弧形钢闸门的三维优化问题,为优化设计的工程应用提供了一种方法.     

一种改进的产品设计耦合活动迭代模型

质量、成本和时间三要素在产品开发过程中是相互影响相互制约的,不能片面追求某一方面.在产品设计阶段,这三要素关系更是复杂,主要是因为设计过程自身存在大量的耦合活动,导致设计过程重复.因此,如何模拟设计迭代过程在满足设计资源许可的前提下来平衡设计三要素已成为当前研究的一个重点.建立在工作转移矩阵（WTM）基础上的分析模型（M-WTM）,分析设计活动间的相互依赖关系,模拟、评价迭代设计过程,根据设计资源许可条件,实现完全串行、完全并行和混合三种方式进行产品设计迭代.型钢产品开发设计过程的模拟仿真,验证了该模型的有效性.     

基于多学科优化设计方法的白车身轻量化

建立某国产轿车的整车有限元模型,依据侧碰法规及NVH性能要求对白车身结构进行了多学科集成优化设计。根据侧碰及NVH仿真结果,选取白车身关键零件的板厚及材料为变量,以白车身质量和刚度为目标,以侧碰加速度及侵入量为约束条件,建立了白车身刚度径向基函数(RBF)神经网络近似模型及侧碰二阶逐次替换的响应面模型(Stepwise-RSM),利用模拟退火算法进行了多目标优化,在保证了车辆的安全及NVH性能的前提下使白车身质量下降了15.7 kg。     

Design of structural left-handed material based on topology optimization

An effective method to design structural Left-handed material(LHM) was proposed. A commercial finite element software HFSS and S-parameter retrieval method were used to determine the effective constitutive parameters of the metamaterials, and topology optimization technique was introduced to design the microstructure configurations of the materials with desired electromagnetic characteristics. The material considered was a periodic array of dielectric substrates attached with metal film pieces. By controlling the arrangements of the metal film pieces in the design domain, the potential microstructure with desired electromagnetic characteristics can be obtained finally. Two different LHMs were obtained with maximum bandwidth of negative refraction, and the experimental results show that negative refractive indices appear while the metamaterials have simultaneously negative permittivity and negative permeability. Topology optimization technique is found to be an effective tool for configuration design of LHMs.     

产品结构与或树的设计成本优化控制模型

针对大型离散制造企业产品结构特点,提出产品的自制件、外购件、原材料和工艺的多级综合结构模型.为了实现产品设计成本的优化控制,建立产品结构与或树的配置模型,并通过定义产品组成子件之间的相关性表示产品满足工艺需求的可制造性.基于单级产品结构与或树给出产品设计成本优化模型,采用仿真示例进行验证.仿真结果表明,所提出的DFC的模型Opt-BOMP较之DTC模型能够获得成本更优的产品设计方案.Opt-BOMP充分考虑了用户对产品的质量需求、供应商对外购物料的影响、产品的工艺要求、产品设计和生产的结合,能够增强产品设计的可行性.     

小型反渗透膜系统广谱优化设计

提出了小型反渗透膜系统优化设计的原始数学模型与经典数学模型,论述了运用现行设计软件进行经典模型的间接求解算法,导出了系统三雏设计指标与三维优化解间的映射关系,分解了不同原水难溶盐饱和度下的设计方法,进而提出了“查表-修正”优化设计模式,该模式是对现行“试算-寻优”设计模式的根本性修正,     

基于二阶矩误差模型的五轴机床精度分配优化设计

在机床精度优化设计过程中,传统精度分配中往往将误差视为常量,而忽略误差的分布情况.针对此问题,在分析传统精度分配方法基础上,提出一种基于二阶矩误差模型的五轴数控机床精度优化设计方法.定义二阶矩阵运算规则,用二阶矩阵表达机床精度指标,建立带分布的五轴数控机床误差模型,应用遗传算法对精度指标进行多目标优化求解,得到Pareto最优解集.以C100P五轴数控机床为例,验证本优化设计方法的可行性.与传统精度分配方法相比,在保证机床精度要求前提下,新方法能够降低机床装配成本.     

基于遗传算法的框架结构系统可靠性优化

以框架结构系统的可靠性分析为基础，给出框架结构系统可靠性优化的遗传算法，并用算例证明了该法的有效性及实用性。     

统一强度双向渐进结构拓扑优化方法

在传统渐进结构优化方法基础上,采用统一强度理论提出了一种对各种性能工程材料普遍适用的统一强度双向渐进结构拓扑优化方法.该方法既可以对各向同性材料进行拓扑优化,也可以对实际工程中普遍存在的各向异性材料进行拓扑优化.算例表明,该方法不但适用于土建工程等脆性材料结构拓扑优化设计,而且在各向异性材料加工和模具设计领域具有广泛用途.     

基于遗传算法的框架结构系统可靠性优化

以框架结构系统的可靠性分析为基础,给出框架结构系统可靠性优化的遗传算法,并用算例证明了该法的有效性及实用性.     

统一强度双向渐进结构拓扑优化方法

在传统渐进结构优化方法基础上,采用统一强度理论提出了一种对各种性能工程材料普遍适用的统一强度双向渐进结构拓扑优化方法。该方法既可以对各向同性材料进行拓扑优化,也可以对实际工程中普遍存在的各向异性材料进行拓扑优化。算例表明,该方法不但适用于土建工程等脆性材料结构拓扑优化设计,而且在各向异性材料加工和模具设计领域具有广泛用途。     

基于预应力度法的预应力混凝土结构的设计

预应力度是反映预应力混凝土结构性能的一项重要指标。文章基于构件使用性能的预应力度定义,推导了预应力混凝土静定结构和超静定结构的预应力筋计算公式,建立了预应力度和等效荷载的关系表达式,给出了基于预应力度的设计方法和步骤。     

基于数值仿真的可逆流体转换器的优化设计方法

为得到可逆流体转换器(RFD)喷嘴型式及锥角、对称关系、吸水室型式等结构关系的优化结果,采用三维定常流数值模拟对RFD进行了计算,计算结果表明RFD最佳结构型式及参数为:柱形吸水室、对称喷嘴两阶段扩散型式,下喷嘴扩散角β小于5°～6°,相对嘴间距Lc/dt=0.8～1.1;压冲阶段,RFD有微量引射或无引射时水力效率最高,锥形喷嘴在各阶段均表现出较大的过流流量.与实验结果进行对比,验证了数值方法的可靠性,说明采用定常流方法进行非定常状态下的工作元件结构设计,可以作为工程应用RFD的优化设计方法.