采用代理模型的液力变矩器性能优化设计

为解决液力变矩器性能与叶片形态变量间的复杂映射问题,提高设计效率与精度,提出了采用代理模型取代三维流体计算方法,并结合寻优算法对液力变矩器的性能进行优化设计的方案。首先,在标定基于CFD仿真的液力变矩器性能响应结果前提下,利用正交设计方法,获得液力变矩器性能的大自由度仿真试验数据;然后,分别设计响应面以及神经网络2种代理模型,获取变矩器叶片角变量与其性能的映射关系,比较分析其建模效率和精度;最后,以某型号双涡轮液力变矩器启动变矩比及低速比区最高效率最大化为设计目标,分别通过2种代理模型应用NSGA-Ⅱ算法获取优化方案。仿真结果表明:在同一试验数据下,响应面模型的建模效率较高,神经网络模型的变量设计空间外延性较好;采用神经网络模型优化得到的液力变矩器模型与依照出厂参数设计的液力变矩器模型相比,其启动变矩比及低速比区最高效率分别提高了14.27%和10.24%,与采用响应面模型优化得到的液力变矩器模型相比分别提高了4.36%和1.53%。     

牙嵌离合器同步过程建模及影响因素

以某纯电动大客车装载的牙嵌离合器式AMT为研究对象,以缩短换挡同步时间和减小同步过程牙嵌离合器啮合冲击为目标,采用动力学仿真分析方法研究了牙嵌离合器牙型参数对换挡同步时间和啮合套角加速度的影响规律。基于虚拟样机技术,运用Adams建立了4自由度牙嵌离合器同步过程动力学模型。将模型仿真结果与理论计算值进行对比,其误差为3.7%。依据对照试验单一变量原则,针对不同的牙型参数分别设计了试验方案,并分析了试验结果。     

牙嵌离合器同步过程建模及影响因素分析

以某纯电动大客车装载的牙嵌离合器式AMT为研究对象,以缩短换挡同步时间和减小同步过程牙嵌离合器啮合冲击为目标,采用动力学仿真分析方法研究了牙嵌离合器牙型参数对换挡同步时间和啮合套角加速度的影响规律。基于虚拟样机技术,运用ADAMS建立了4自由度牙嵌离合器同步过程动力学模型,将模型仿真结果与理论计算值进行对比,其误差为3.7%。依据对照试验单一变量原则,针对不同的牙型参数分别设计了试验方案,并分析了试验结果。     

湿式摩擦离合器带排扭矩预测及影响因素分析

以船用湿式多片摩擦离合器油路为研究对象,利用动网格技术对离合器分片过程的流场进行动态仿真,得出摩擦片间隙处油层厚度的分布情况;基于流体动力润滑理论和牛顿内摩擦定律,建立含径向和周向油槽的湿式多片摩擦离合器带排扭矩数学模型,计算得出离合器带排扭矩解析解;建立摩擦离合器片间润滑油层参数化离散模型,采用有限元法计算得出离合器带排扭矩数值解,而后研究了油槽形式、主动轴转速和润滑油温度对离合器带排扭矩的影响规律.结果表明,两种带排扭矩预测方法的计算结果吻合良好;油槽形式对带排扭矩的影响较大;离合器带排扭矩随主动轴转速的增大而增大,随润滑油温度的增大而减小.     

离合器接合过程中热-应力耦合分析

对于摩擦离合器接合过程系统承载复杂,相关研究文献较少的现象,基于有限元数值仿真算法,以某湿式多片摩擦离合器为研究对象,考虑不同转速工况下,研究离合器接合过程中摩擦片的温度响应及热应力响应。研究表明,在不同转速工况下,摩擦片达到热平衡的时间基本相同,离合器系统达到热平衡时间随着转速的增大而增大;摩擦表面和非摩擦表面的温度上升及下降趋势有明显不同。     

基于响应面法的汽车离合器盘毂温锻-冷精整工艺多目标优化

将温锻-冷精整工艺引入汽车某型离合器盘毂的生产中,结合响应面法(RSM)与弹塑性有限元模拟(FEM)对盘毂冷精整工艺参数的多目标优化问题进行研究。以减小终挤压件轴向翘曲角、减小齿面径向回弹量和降低终挤压件最大损伤值为优化目标,并以精整凸模速度、精整凹模半锥角、温锻件与精整凹模间摩擦因数、精整量以及温锻件法兰厚度为优化变量,采用正交试验设计与Design-Expert V8软件进行RSM拟合建模分析,得到终挤压件的齿面径向回弹量与最大损伤值的二阶响应面模型和终挤压件轴向翘曲角的线性响应面模型,并通过FEM验证模型的准确性,其误差绝对值小于6.3%,可用于后续优化。生产实践表明多目标优化后的温锻-冷精整工艺能够生产出表面质量好、尺寸精确的优良盘毂零件。     

面向离合器接合过程的比例电磁阀动态特性模型与设计

为提高离合器接合过程控制油压响应性能和精准度,提出了一种比例电磁阀动态特性模型与设计方法。首先,建立比例电磁阀二维有限元模型并通过试验验证了模型的准确性,借助试验设计和响应面方法建立电磁力的电磁铁结构参数模型,为电磁力与电流映射关系精准设计提供了参数化表达。其次,以比例电磁阀阀芯质量、弹簧刚度及其预紧力、黏性阻尼系数为设计变量,以压力上升时间及其超调量相结合的归一化综合函数最小值为优化目标,对其进行优化设计并分析其稳健性,试验结果表明输出油压动态响应时间减少18%、油压超调降低31%,能有效地满足其动态响应特性要求。最后,对比例电磁阀电流油压稳态输出特性进行试验验证,所建模型的仿真数据与试验结果相关性为0.998 3。该方法有效地提高了离合器接合过程控制油压的综合性能,且所提出的比例电磁阀动态特性模型与设计方法对分析同类控制油压问题具有工程性借鉴价值。     

湿式多片离合器接合温度与转矩的建模与仿真

通过对汽车处于某工况下动力分配系统的湿式多片离合器随时间变化的输出转矩和各组件温度状态建立相关的数学模型。利用MATLAB来构造输出转矩和温度状态的仿真模型,对不同工况下的离合器输出转矩和温度的值及状态变化进行了仿真和分析。根据仿真结果变化曲线,比较开环和闭环方案的差异,验证采用闭环比例积分控制输出响应更准确、稳定。     

SVR响应面与进化多目标优化在结构设计中的应用

针对复杂结构优化设计中常出现的低效率、低精度问题,提出支持向量回归机(SVR)响应面与进化多目标优化算法相耦合的优化系统。基于结构风险最小化推导SVR响应面建立原理,采用具有异点预测值可对比特色的正交旋转组合设计作为样本点选取法,以获得最优试验区。基于NSGA-Ⅱ范式原理建立区间偏好进化优化算法并构建优化系统框架。以45 t门机主梁为研究对象,指定5个几何参数为设计变量,对最大位移、应力进行约束,以轻量化及首阶固有频率为双目标,利用所构建的优化系统进行优化求解。研究结果表明:主梁总质量减少15.9%,首阶固有频率减少9.2%。通过不同响应面模型的效果对比、灵敏度分析及优化方案检验,验证出优化系统的高效可行性。     

基于响应面模型法的地下综合管廊结构优化方法研究

地下综合管廊是城市地下空间开发的重要方式，为了对地下综合管廊的结构进行优化设计，提出了一种基于响应面模型（Response Surface Model, RSM）的结构优化设计方法.基于有限元模型分析结果，选取适当的结构力学响应作为控制参数.采用拉丁超立方采样（Latin Hypercube Sampling,LHS）和优化拉丁超立方采样（Optimized Latin Hypercube Sampling,OLHS）方法，建立设计参数与结构力学响应之间的响应面模型，并评估了不同采样方法建立的响应面模型的精度.结果表明，采用最小样本点数量4倍的OLHS建立响应面模型能兼顾建模效率与准确性.基于响应面模型建立了考虑配筋等多种条件约束的优化模型，采用非线性规划和遗传算法对优化模型进行了求解，结果表明求解方法不影响优化结果，模型鲁棒性好.优化后结构造价成本下降27.58%，控制截面弯矩分别下降45.10%、45.72%、24.40%.采用有限元方法对优化后结构进行了分析，其二维响应面模型与有限元分析的误差小于14%，采用二维响应面模型替代有限元分析过程是合理有效的.     

风电增速齿轮箱动力学性能优化方法

建立增速齿轮箱动力学分析有限元模型,利用Lanczos法求得齿轮系统的振动模态;以齿轮副时变啮合刚度激励、齿面综合误差激励和轮齿啮合冲击激励为内部作用激励,采用直接积分法求得箱体表面节点的动态响应。选取箱体上12个主要结构参数作为动力学性能优化的设计变量,齿轮箱体积为状态变量,以齿轮箱表面振动加速度的均方根值最小为动力学性能优化的目标函数,利用零阶与一阶优化算法求得最优设计变量。结果表明:优化前后箱体均不产生共振,且满足静力学条件;优化后目标函数减小37.5%,箱体各计算点的振动响应均有较大幅度的减小,最大减小量为54%。     

基于极小值原理的插电式四驱混合动力汽车能量管理策略

建立以电池SOC为状态变量，以后驱电机和ISG （integrated starter and generator）电机输出转矩为控制变量，以整车燃油消耗最小为目标的能量管理优化模型，然后基于极小值原理设计上述优化问题的求解流程，从而获得基于极小值原理的插电式四驱混合动力汽车能量管理控制策略，最后在建立整车系统仿真模型的基础上对该能量管理控制策略进行仿真，并将仿真结果与基于CD-CS模式规则控制策略的仿真结果进行对比。结果表明，提出的控制策略具有良好的燃油经济性，与CD-CS模式规则控制策略相比，提出的控制策略使整车百公里油耗降低了28.18%。     

烟叶复烤回潮有限元分析及工艺参数优化

为研究众多工艺参数对烟叶复烤回潮效果的影响,对堆积的烟叶构建回潮模型,基于模型计算得烟叶在不同回潮条件下含水率,再通过物理实验验证仿真模型。利用单因素试验分析各工艺参数对烟叶回潮含水率影响的显著性,再采用Plackett-Burman试验筛选出对含水率有较显著影响的参数,最后通过最陡爬坡试验及BBD(box-behnken design)试验,建立含水率与各工艺参数的回归响应面模型。结果表明：利用该模型研究各工艺参数对烟叶复烤回潮效果的影响是可行的;相对湿度、气相温度和堆积烟叶厚度对试验结果有显著影响,当相对湿度为85.25%,气相温度为56.18℃,烟叶厚度为70.01 mm,气相速度1.2 m/s和回潮时间(传送带送料速度) 50 s时,仿真结果满足响应指标。研究成果可为优化烟叶复烤回潮工艺,降低能耗,节约生产成本提供理论参考和数据支撑。     

双气腔油气式缓冲器缓冲性能优化分析

通过对双气腔油气式缓冲器结构参数的合理设计,可以大大提高缓冲器的缓冲性能.针对某型双气腔油气式缓冲器起落架,首先建立其数学模型,利用动力学仿真软件ADAMS中的Aircraft分析模块对缓冲器性能进行仿真分析,得到一系列试验样本点;基于非线性响应面法,利用所抽取样本点,建立了设计变量和优化目标间的数学关系;以缓冲器缓冲效率为优化目标,支柱最大垂直载荷和最大行程为约束条件,对设计变量进行优化;对优化后结构参数进行模拟仿真分析,结果表明优化后结果与仿真结果偏离误差在1.2%以内,拟合函数可信度较高;优化后缓冲器效率较优化前增大4.6%,优化方法切实有效.在对缓冲器仿真分析的基础上,为起落架缓冲器的设计和改进提供一种优化方法,有一定的实用价值.     

MIRA阶梯背模型尾部非光滑表面优化设计方法

为探索车身非光滑表面特征参数的优化设计方法,在MIRA阶梯背模型尾部分别布置凹坑型、凸包型和沟槽型非光滑表面,进行计算仿真和风洞模型试验对比分析不同非光滑单元的减阻效果。以非光滑单元体间距与高度为设计变量,以模型气动阻力系数为优化目标,采用拉丁超抽样方法进行样本设计,建立Kringing近似模型并检验拟合精度,运用NSGA-II遗传优化算法分别对凹坑型、凸包型和沟槽型非光滑表面特征参数进行优化。对比优化前后流场参数,分析车身非光滑表面减阻的机理。仿真结果和风洞试验数据表明优化后的凹坑、凸包及沟槽型非光滑表面模型的气动阻力均进一步减小,减阻率分别达到6.92%、4.03%、4.24%,减阻效果明显。     

基于响应面法的平缝机刺布挑线机构动平衡优化

为改善高速工业平缝机的动态性能,降低其振动响应,对其关键机构——刺布挑线机构进行动平衡优化.建立了该机构的动力学模型,以振动力和振动力矩的均方根值为分析目标,考察设计变量对分析目标的灵敏度.基于最优拉丁超立方的试验设计建立分析目标的响应面模型并进行可靠性验证,选择合适的权重系数,建立优化数学模型.采用多岛遗传算法,通过改变构件的质心坐标位置及质量等参数对机构进行优化.优化后机构振动力和振动力矩等有明显改善,表明该方法具有较高的精确性与有效性,对改善如高速平缝机等复杂机械系统的动态特性有一定的参考价值.     

基于半导体制冷的动力锂电池包散热优化

为提升动力锂电池包的散热性能和能量密度,基于半导体制冷方案,提出一种多目标优化设计方法,对动力锂电池包的排布间距和半导体制冷量进行优化设计。基于建立的半导体制冷方案的热分析模型,采用拉丁超立方试验及径向基函数(radial basis function, RBF)、响应面法(response surface methodology, RSM)、Kriging代理模型方法建立最高温度、最大温差及间距体积的近似模型。以最大温差和间距体积为目标,最高温度为约束建立电池包散热优化模型,运用多目标遗传算法(multi-objective genetic algorithm, MOGA)进行寻优求解,并通过实验验证优化方案仿真结果的可靠性。优化后仿真结果表明：电池模组间距体积减小了32.42%,最大温差降低了13.64%,最高温度降低了0.53%,该方法显著地提升了电池包的散热性能和能量密度。     

具有固定滞后平滑的变结构机动目标跟踪

针对变结构多模型算法在目标机动性较强时,因模型切换不及时而出现较大的误差峰值问题,提出了一种固定滞后平滑的变结构多模型(lag smoothing variable structure multiple model,LS-VSMM)跟踪算法.建立一个完备的模型集,根据模型概率利用有向图切换规则实现模型子集与目标运动模式的匹配;引入固定滞后平滑算法,通过对状态向量扩维,将平滑问题转化为滤波问题,使得原特定时刻的目标状态在系统中停留的时间更长,增加更多的状态量测信息,让状态估计变得更加准确,并且以延迟一定时间输出来改善滤波性能;对算法进行了仿真实验分析.仿真结果表明,与基于无味有向图切换的多模型算法以及基于有向图切换的变结构多模型(digraph switch variable structure multiple model,DS-VSMM)算法相比,LS-VSMM算法在有效降低误差峰值的同时,提高了目标的跟踪精度.     

隐式参数化白车身多目标协同优化设计

利用参数化建模软件SFE-CONCEPT建立了某轿车白车身的参数化模型,用仿真方法分析了白车身的静态弯扭刚度、主要低阶模态频率并与试验对比,再将白车身与动力总成、底盘连接后,对整车正碰性能进行仿真分析,并与试验对比,验证了所建参数化白车身的有效性.由于安全性分析属于非线性分析,传统优化方法通常需要人工介入,无法实现优化流程的全自动化.通过编写批处理文件,提取安全性能指标,实现白车身结构轻量化优化流程的自动化.白车身结构轻量化优化后弯曲刚度提升0.15%,扭转刚度降低0.03%,一阶扭转模态频率提高1.30%,一阶弯曲模态频率提高0.09%,碰撞安全性能基本不变的情况下,白车身质量降低24.17kg,减重率高达7.42%,取得了显著的轻量化效果.      

基于背景环境和驾驶人年龄的交通标志理解性研究

采用E-Prime2.0软件,对30个常见的交通标志进行了室内模拟实验,测量了不同年龄段的被试人员在有无标志背景环境条件下,对交通标志的理解准确性和视认反应时间.进而,采用卡方检验和t检验方法,检验了不同年龄段的驾驶人员在有、无标志真实背景下对标志的认知准确率和反应时间的差异显著性.最后通过构建年龄、背景和反应时间的回归模型,以揭示标志理解性水平与标志真实背景环境和驾驶人年龄的关系.实验结果表明:青年驾驶人的理解水平和反应时间表现均要优于老年驾驶人,标志的背景环境不会影响标志的理解水平,但是增加了视认标志的反应时间;驾驶人对交通标志的正确理解对于交通安全至关重要.