火星探测转移轨道的鲁棒优化设计

以设计变量存在不确定的火星探测轨道设计模型为研究对象,采用最小最大鲁棒优化方法获得该模型的鲁棒优化解.在传统的最小最大方法的基础上,考虑了决策变量的扰动,提出了一种嵌套的差分演化算法.在该算法中,内层差分演化算法计算不确定域的最差目标函数值,外层差分演化算法获得全局的鲁棒优化解.通过试验对该方法的有效性进行了验证,结果表明:该方法适合于目标函数没有解析表达式、高度非线性的问题,实际工程问题中的不确定性不可忽略.     

新型海底管道连接器密封性能的优化

为了改善新型海底管道连接器的密封性能,给出了一种连接器关键结构参数的优化方法.论述了连接器的结构形式和工作原理,建立了以连接器接触压力方差最小化和最大塑性应变最小化为目标的多目标优化模型,运用径向基函数法建立了目标函数、约束变量与设计变量之间的数学模型,给出了连接器关键设计变量的确定方法,推导了临界接触压力均值的表达式.以某连接器为例,计算得到临界接触压力均值为370MPa,给出了影响密封性能的重要结构参数偏距与过盈量的优化方法,优化结果与有限元结果基本相同.最后对优化前后的连接器进行了对比实验,结果表明:优化后的连接器具有较高的承受内压与外载荷的能力,连接器的密封性能得到明显提高.     

基于近似模型和数值模拟的连杆热锻成形工艺设计优化

提出了基于近似模型和数值模拟的设计优化方法.在利用有限元分析连杆热锻成形过程的基础上,以降低锻件成形过程中变形损伤为目标,以飞边槽形状参数为设计变量,采用响应面法近似模型建立了设计变量与目标函数的初始近似模型.在设计优化过程中,用近似模型代替实际的数值模拟程序,计算锻件内部的损伤值,对连杆热锻成形工艺参数进行了优化计算,取得了较为理想的效果.     

基于参数化水平集法的约束阻尼结构动力学拓扑优化

约束阻尼(CLD)结构拓扑优化是轻量化设计下实现振动与噪声控制的有效手段.结合约束阻尼结构的有限元模型,以前两阶模态损耗因子及其加权最大化为目标函数,以参数化水平集函数的扩展系数为设计变量,以约束阻尼材料用量为约束条件,建立了基于参数化水平集法(PLSM)的拓扑优化模型.基于伴随向量法推导了目标函数对设计变量的灵敏度,...     

油气悬架的不确定性多目标优化

为改善某393t矿用自卸车的平顺性能,需要优化油气悬架的非线性刚度阻尼特性,建立了更符合工程实际情况的7自由度整车模型.考虑矿用车运输过程中整车质量与质心位置的不确定性,选取对目标函数影响较大的悬架刚度和阻尼系数作为设计变量,选取整车质心加速度和车身侧倾角、车身俯仰角以及悬架的动扰度和车轮的动载荷作为目标函数,利用基于薄板样条插值的高维模型(TPS-HDMR)构建设计变量与目标函数之间的近似模型.采用基于Pareto概念的多目标优化遗传算法进行优化,得到了最优Pareto解集.仿真结果表明:多目标优化可以同时改善11个目标的性能,提高汽车的平顺性.     

基于盲数理论的机械稳健性优化设计

在机械稳健性优化设计中不确定变量常被假定为服从某种特定分布的随机变量,在随后的优化模型中丢掉了这些不确定变量的初始数据,这种对不确定变量的处理方式往往不能真切地反映不确定变量的本质,使得出的结论偏离事实. 为了更加真切地反映这些不确定变量,使用盲数表达机械设计中的不确定变量,运用盲数运算规则表达各不确定变量之间的关系,把盲数理论和稳健设计相结合,建立基于盲数理论的稳健设计优化模型. 使用该优化模型对一个气动换向装置进行了优化计算,优化结果好于传统的稳健设计结果. 基于盲数的方法是一种离散化的数值计算方法,算例充分展示了其灵活性,证明了该优化方法是合理的和实用的.     

基于代理模型的汽车乘员约束系统性能优化

针对汽车碰撞乘员约束系统优化设计中多参数和非线性问题,提出了基于径向基函数代理模型的优化设计方法,通过LS-DYNA分析软件建立正面碰撞乘员约束系统的仿真模型并对其进行验证.基于该模型选取对响应影响较大的设计变量作为优化变量,在LS-OPT中选择径向基函数构建代理模型,采用空间填充试验方法进行试验设计,运用自适应模拟退火算法进行优化求解.优化结果表明:人体综合损伤WIC值相比初始设计值降低了28.2%,实现了对设计目标的优化.     

基于灵敏度分析的游梁式抽油机的优化设计

通过分析常规游梁式抽油机四杆机构的6个传统设计变量对最大扭矩因数及最大加速度的灵敏度,确定了各设计变量对两个目标函数的影响程度.以灵敏度值较大的设计变量作为设计变量,用遗传算法对抽油机的四杆机构进行优化.优化结果表明:通过对灵敏部件尺寸的修改,抽油机的性能指标有了明显的改进.     

复合材料屋面板轻量化设计

将玻璃纤维复合材料(Glass Fiber Reinforced Plastic,GFRP)应用于建筑屋面板,为了降低造价和质量,对复合材料屋面板的铺层厚度进行优化.基于Optistruct求解器,采用数学规划法,结合屋面板设计需求,确定设计变量、约束条件和目标函数,建立屋面板优化模型.通过控制复合材料失效因子和板的屈曲因子,约束结构位移,以质量作为目标函数开展优化设计.分析优化前后板的力学性能可得:在满足屋面板刚度的要求下,实现了结构的轻量化.     

不确定性优化方法在船型优化设计中的应用

为了使非高精度的近似模型在船型优化中发挥最大效用,引入不确定性优化方法,采用区间数描述反向传播(BP)神经网络构建的兴波阻力系数近似模型的不确定性,基于主尺度与船型系数联合组成的设计空间构建了最小总阻力的优化模型.采用双层嵌套优化体系,外层采用加入学习因子改进策略的粒子群算法对引入罚函数的总阻力目标函数进行优化,内层采用改进的快速模拟退火算法针对近似模型的不确定域求解目标函数区间.算例表明了不确定性优化体系的优越性与两种优化算法的适用性.     

基于区间分析的非概率稳健优化设计

提出了一种新的基于区间分析的非概率稳健优化设计模型.利用非线性区间数规划和函数的区间扩张,对稳健性指标进行了计算,将含有区间参数的常规稳健优化模型转化为确定性的稳健优化模型,转化后的模型能够根据设计者要求实现任意指定稳健性的优化目标,最终建立了两级稳健优化设计模型.该模型无需知道设计参数的概率分布函数,也不要求目标函数...     

不确定结构的区间可靠性优化设计

对不确定结构的区间可靠性进行了研究，建立了基于区间可靠性的优化设计模型.采用结合嵌套遗传算法和径向基函数神经网络的模型，进行区间的直接优化，解决了基于区间可靠性的优化设计求解问题，避免了间接模型的复杂转换过程.充分考虑了实际工程中设计向量存在扰动的情况，提出了该情况下目标函数波动的约束，使目标函数和约束函数在扰动下依然满足可靠性要求.通过数值算例验证了模型的有效性和优越性.将所提出的模型用于具有区间不确定参数的行车平板优化，结果表明了所提方法的可行性和工程有效性.     

电液伺服阀结构参数优化

电液伺服阀的动态性能是由液压系统的工况，电液伺服阀的结构参数决定的。为改善电液伺服阀的动态性能，建立了电液伺服阀快速性、稳定性、稳态误差最优控制目标函数。通过Parseval定理，将函数优化问题转化为变量优化问题。选择电液伺服阀的结构参数作为设计变量，以系统稳定性、快速性、稳态误差最小为目标函数，建立电液伺服阀的结构优化模型，通过优化。获得一组最优结构参数．     

溢流阀动态刚度最优控制

溢流阀的动态性能是由液压系统的工况、溢流阀的结构参数决定的,为改善溢流阀的动态性能,建立了溢流阀抗交变信号的最优控制目标函数.通过控制理论,将函数优化问题转化变量优化问题,选择溢流阀的结构参数作为设计变量,以系统刚度最大为目标函数,通过优化,最后可以获得改善溢流阀动态性能的一组结构参数.     

整体式柔性机构的结构拓扑优化设计

基于变密度法和优化准则法,推导并建立了柔性机构的结构拓扑优化设计的设计变量迭代格式．以机构的机械增益为优化的目标函数,利用连续体的结构拓扑优化技术建立了的柔性机构设计的数学模型．通过人工弹簧模型和虚拟载荷法描述柔性机构设计的目标函数,采用伴随敏度分析法进行了敏度分析．以柔性夹钳作为设计实例,证明了所研究方法的有效性,用快速成型技术验证了柔性机构概念设计阶段的合理性．     

基于粒子群算法的不确定动态多目标优化方法研究

当前不确定动态多目标优化方法通常将多目标问题转换成单目标问题,将其它目标看作约束条件,仅可得到单个解,无法有效体现不确定多目标之间的关系,导致得到的解质量低。为此,提出一种新的基于粒子群算法的不确定动态多目标优化方法,给出不确定动态多目标优化问题的数学描述,介绍了粒子群算法,针对粒子群算法容易陷入局部最优的弊端,引入动态变异算子对其进行改进,通过改进的位置更新公式实现粒子群算法位置的自适应更新,给出解决不确定多目标优化问题的详细过程,在此基础上,通过分段线性函数参数化实现不确定动态多目标优化。实验结果表明,所提方法搜索能力强,采用所提方法得到的解与真实解最相近,质量最高。     

机械传动系统可靠性设计模型(Ⅲ)——以单级圆柱齿轮减速器为例

在建立了机械传动系统可靠性设计模型后,介绍了相关变量的处理方法·在此基础上以单级圆柱齿轮减速器为例,考虑影响减速器工作的各种随机因素,进行可靠性优化设计·以变量独立变换理论为基础建立可靠性设计的目标函数,通过独立变换,把各个零件间相关的强度转化为相互独立的变量,保证了计算的正确性和准确性;再确定各种约束条件,采用外点罚函数法求解·利用外点罚函数法不限制初始点的优点,通过优化得到很好的结果·最后,通过蒙特卡罗法验证本方法的可靠性和准确性,可知本方法与蒙特卡罗法的结果大致接近·     

基于PSO算法的海运集装箱超订模型

在海运集装箱重箱舱位和空箱舱位同时存在超订的情况下,将集装箱船的运输能力设定为离散型的随机变量,建立了极小化期望总成本的海运集装箱超订模型.模型中假定重箱和空箱的单位舱位超订成本均随着超订水平单调递增.针对最优超订问题设计了粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法进行求解,并以数值算例表明了该方法的有效性.