基于可靠性的柔顺机构几何非线性拓扑优化设计的研究

给出了一种基于可靠性柔顺机构几何非线性拓扑优化设计的新方法。其目的是将可靠性分析集成到几何非线性拓扑优化中。首先,建立增量形式平衡方程,采用Total-Lagrange描述方法和Newton-Raphson载荷增量求解技术求解几何非线性的结构响应。其次,考虑几何尺寸及作用荷载大小的不确定性,建立柔顺机构多目标拓扑优化数学模型。目标函数以平均柔度最小和几何增益最大来满足机构的刚度和柔度需求。可靠度的概率约束采用一次可靠度方法计算。目标函数敏度分析采用伴随求解技术,拓扑优化采用SIMP材料插值方法,并用移动渐近方法进行迭代求解。最后以柔顺微夹钳的可靠性拓扑优化为例,说明本文所提方法的正确性和有效性,研究结果表明基于可靠性拓扑优化所得机构比确定性拓扑优化所得机构更合理。     

基于微型多目标遗传算法的布料机臂架结构优化

针对目前用于散料输送的大跨度布料机布料臂架结构重大、设计冗余度严重过剩等问题,采用一种微型多目标遗传算法对布料臂架主梁结构尺寸进行多目标优化.以各节臂架主梁的截面尺寸为优化变量,以增强臂架刚度和轻量化为优化目标,结合微型多目标遗传算法和参数化有限元建模技术,建立了布料臂架的优化设计模型.此方法既能高效率地解决增强臂架刚度和臂架减重等优化问题,又能仅通过一次计算就提供多组方案以满足对布料机性能控制的不同需要.该优化结果已用于该系列布料机的定型设计.     

基于可靠性的柔顺微夹持机构几何非线性拓扑优化

为减少因制造过程中的不确定性因素而导致的机构性能下降现象,文中给出了一种基于可靠性的柔顺机构几何非线性拓扑优化设计方法.首先,建立增量形式的平衡方程,采用Total-Lagrange描述方法和Newton-Raphson载荷增量求解技术获得几何非线性的结构响应.其次,考虑几何尺寸及作用荷载大小的不确定性,建立柔顺机构多目标拓扑优化数学模型.目标函数以平均柔度最小和几何增益最大来满足机构的刚度和柔度需求;可靠度的概率约束采用一次可靠度方法计算;目标函数灵敏度分析采用伴随求解技术;拓扑优化采用固体各向同性材料插值方法,并用移动渐近方法进行迭代求解.最后,以柔顺微夹钳的可靠性拓扑优化为例进行研究,发现基于可靠性的拓扑优化所得机构比确定性拓扑优化所得机构更合理,说明文中所提方法是正确和有效的.     

基于拓扑优化的电动汽车白车身优化设计

针对电动汽车的独特承载要求,提出一种结合拓扑优化和车身尺寸优化的优化设计方法.以某型电动汽车为实例,通过建立白车身拓扑优化模型、有限元概念模型、尺寸优化模型和样车制造,进行了从整车拓扑结构到车身梁截面的优化设计过程,实现了电动汽车白车身的正向设计.在优化过程中采用遗传算法,以弯曲刚度和扭转刚度同时作为优化目标,白车身质量最小作为优化约束,选取了灵敏度较高的梁作为变量进行多目标优化.通过与样车参数的比较表明,该方法能够满足设计和工艺要求,实现轻量化设计,对提高白车身设计效率和精度有着重要的意义.     

桁架结构可靠性优化设计的微分演化算法

针对不确定性往往成为结构设计和可靠性分析的关键因素,并左右设计决策,在结构优化设计中考虑物理参数、几何尺寸和外荷载的不确定性,将其视为随机变数,提出了一种基于微分演化算法的求解不确定性问题的结构可靠性优化设计方法.以节点坐标和杆件截面面积为设计变量,结构重量极小化为目标函数,建立了基于可靠度约束的桁架形状优化数学模型,并对典型桁架进行形状优化,分析了不同可靠度指标和变异系数对优化结果的影响.结果表明:该分析方法能够充分发挥微分演化算法的优势,可以有效地进行基于可靠度的桁架结构形状优化设计.     

基于全寿命抗震性能的近海桥梁结构多目标优化设计方法

投资-效益准则是基于结构性能抗震设计的重要原则,它所追求的设计目标是在结构的初始造价与地震损失期望之间达到一种和谐的优化平衡,使结构在全寿命周期内总费用最小.在以上的单目标优化模型基础上,提出了考虑结构初始造价、损伤期望、检查和维护费用、拆除费用及残余价值和环境污染费用的多目标全寿命优化设计模型.基于所提出的多目标优化设计模型,应用精英保留非劣排序遗传算法,建立了以截面尺寸、纵筋和箍筋的配筋率为决策变量的近海桥梁结构全寿命抗震性能多目标优化设计模型,并给出了优化设计流程及具体实现.结果表明:得到的非劣解在目标空间分布均匀,算法收敛性和鲁棒性较好.     

基于可靠性约束的热固耦合结构拓扑优化

考虑结构的物理参数、几何尺寸和载荷环境的不确定性,尤其是温度场的不稳定性,对热固耦合结构进行基于可靠性约束的拓扑优化设计.首先采用一次二阶矩法得到可靠性指标,并用可靠性指标反映参数不确定性的影响.然后分别以结构柔度最小化和机构输出位移最大化为目标函数,以可靠性指标为约束条件,建立了热固耦合拓扑优化数学模型.最后将伴随矩...     

客车车架的结构优化设计

文章以有限元结构分析和优化算法相结合为手段,以某型大客车车架为例,根据对车架的静态强度、刚度和模态特性的分析结果,对车架局部进行了改进设计和中段纵梁的截面尺寸的设计优化,建立了中段纵梁的力学模型、优化参数模型及有限元模型,采用ANSYS参数化设计语言编制了优化设计程序,用ANSYS软件中的零阶优化方法获得最优设计;另外对车架主要结构进行了拓扑优化,优化结果使纵梁结构节省了部分材料.计算结果表明,该优化设计的方法可广泛应用于车架的优化设计工程.     

带有频率约束的索网桁架式可展开天线

针对太空索网桁架式可展开天线的结构特点和性能要求对其结构初始设计进行了优化研究。以刚性周边桁架壁厚和柔性索半径为设计变量,结构重量和天线表面精度为目标函数,结构的基频和应力为约束条件,建立了天线的多目标优化数学模型。本文采用序列二次规划法对这一包含有动力约束的非线性复杂模型进行求解,通过实例计算,得到了较为满意的结果,证明了本文模型与方法的可行性和有效性。     

湿式多盘制动器的模拟退火算法优化设计

应用模拟退火算法成功地解决了设计变量为连续和离散混合变量的湿式多盘制动器多目标优化设计问题,将经过改进的模拟退火算法应用到湿式多盘制动器的多目标优化设计中,可获得满意的优化设计结果.实际优化设计结果表明,应用模拟退火算法进行湿式多盘制动器零部件结构尺寸的优化设计是可行且高效的,它可在工程结构优化设计领域中推广应用.