多开孔耐压柱壳多目标稳健性优化

为提高多开孔耐压柱壳设计效率,进行了设计变量的灵敏度分析和降维处理.利用最优拉丁超立方方法进行了样本点的选取,对样本点进行了计算、分析及拟合,得到了精度满足工程需要的近似模型.建立了多开孔耐压柱壳确定性多目标及多目标稳健性优化模型,分别进行了确定性多目标优化、3σ稳健性优化和6σ稳健性优化的求解,采用最小距离法确定了相应的优化方案.结果表明:6σ优化与3σ对比,在质量增加的同时,极限载荷有所增加;3σ优化与确定性多目标优化对比,质量和极限载荷增加幅度较大,说明必须增加设计参数值以适应结构稳健性要求的提高,从而导致质量增加,6σ优化所有约束函数和目标函数的质量水平都有了提高,多数设计变量的质量水平提高到了6σ以上.可见6σ的稳健性优化可大幅提高多开孔耐压柱壳的稳健性.     

水下航行器耐压壳体参数化设计优化

为提高水下航行器耐压壳体结构设计效率,研究了基于参数化分析和响应面近似模型的耐压壳体结构优化设计方法.确定某型水下航行器的耐压壳体结构5个尺寸为优化设计变量,应用薄壳理论和CCS规范进行了初步设计并确定了优化变量可行域,采用最优拉丁超立方法(Opt LHD)在可行域空间内确定设计试验样本点,研究了ABAQUS参数化驱动样本点的方法,建立了极限载荷的二阶多项式响应面模型.以极限载荷和壳体质量为优化目标,利用二代非劣排序遗传算法进行耐压壳体的多目标优化求解,得到Pareto最优解集.最终优化结果较初步设计结构极限载荷提高41.68%,壳体质量降低27.26%.参数化方法能够简化优化过程,提高优化效率,为水下航行器结构优化设计提供了借鉴.     

基于组合算法的碟形水下滑翔机结构稳健优化

为提高圆碟形水下滑翔机耐压结构优化设计方案的可靠性,引入稳健性设计方法进行优化设计.首先,采用拉丁超立方方法进行试验设计,建立了预测圆碟形耐压结构性能的径向基神经网络模型;采用存档微遗传算法(AMGA)和Hooke-jeeves组合优化算法,给出了耐压壳体结构多目标优化方案;然后,应用蒙特卡罗描述性抽样方法对确定性优化结果进行了可靠性分析;在此基础上,考虑工业制造过程中不确定性因素,进行耐压结构稳健性优化求解.优化结果表明:结构质量减少了20.03%,轻量化效果明显;各设计变量和优化目标的可靠度均达到100%,优化结果具有较好的稳健性.     

多个密封观察窗口耐压壳体有限元分析与结构优化设计

针对潜器光电观察设备耐压壳体结构,在保证耐压壳体外部尺寸不变和内部体积充分利用的前提下,以减小最大应力和变形量为目标,用ANSYS软件进行静态有限元计算.实现了对多个密封窗口耐压壳体结构优化,优化结果表明通过该设计方法得到的多个密封观察窗口耐压壳体结构布局合理,能够满足设计要求.     

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.     

基于激光拼焊技术的汽车B柱结构优化设计

利用激光拼焊技术对某轿车B柱进行结构材料一体化设计,在轻量化设计的前提下对其入侵位移和入侵速度进行控制以满足整车侧碰安全性能.根据C-NCAP碰撞法规建立该轿车侧碰有限元模型,并验证了模型的准确性.基于网格节点变形技术创建B柱参数化模型并定义3个结构设计变量和2个材料类型设计变量,以其质量、中部最大入侵位移和最大入侵速度为优化目标,以其上部和下部最大入侵位移和最大入侵速度为约束条件,结合径向基（RBF）近似模型和非支配遗传算法（NSGA-Ⅱ）对B柱结构进行多目标优化设计,获得Pareto优化前沿,并讨论妥协方案验证对B柱多目标优化设计的效果.      

多目标优化在车门轻量化设计中的应用

为提高车门刚度并考虑轻量化的要求,提出以拼焊板车门下沉刚度和质量为优化目标,基于车门下沉刚度和窗框刚度两种工况,采用最优拉丁方试验设计方法进行样本数据设计,使用kriging模型拟合下沉刚度、窗框刚度、塑性变形量响应的近似模型,使用响应面模型拟合质量的近似模型.利用NSGA-II遗传算法进行寻优,得到车门质量和下沉刚度的pareto优化解集,并对优化解进行验证,最终得到理想的优化结果.     

流固耦合作用下的碳纤维螺旋桨多目标优化

为提高碳纤维复合材料螺旋桨的推进效率,达到设计要求,采用面元法与有限元法相结合的流固耦合分析方法对碳纤维螺旋桨进行水动力性能分析.引入近似模型技术,同时考虑桨叶几何参数和碳纤维材料铺层角度对螺旋桨水动力性能的影响,借助iSIGHT软件构建起基于响应面近似模型碳纤维螺旋桨多目标优化策略,并以深潜水器螺旋桨优化为例进行了碳纤维螺旋桨的多目标优化分析.结果表明:基于流固耦合分析的碳纤维螺旋桨多目标优化方法能耦合优化分析碳纤维螺旋桨的流体和结构性能,所得到的设计方案能满足设计指标中的要求,螺旋桨的各项性能指标均得到优化,并能快速高效地优化出最优的设计方案.     

响应面模型与多目标遗传算法相结合的机床立柱参数优化

针对传统方法在复杂机械结构优化设计中的低效性和局限性,提出了一种将响应面模型与多目标遗传算法相结合的优化设计方法.采用拉丁超立方试验的设计方法,在设计空间抽取样本点并进行数值模拟,建立了由7个设计参数所决定的立柱最大变形、首阶固有频率及质量的初始二阶响应面模型.利用多目标遗传算法对响应面模型进行循环逼近优化,得到了Pareto最优解集.仿真结果表明,在质量不变的条件下,优化解可使立柱首阶固有频率增加15.9%,导轨处最大变形减小7.7%,可通过有限次数的数值模拟计算获得设计空间内的近似最优解,因此较适用于机床及类似复杂结构的多目标多参数的优化设计.     

基于多目标优化的某驱动桥壳轻量化设计

为降低某重型自卸车驱动桥壳的质量,对其进行有限元静力学分析,通过解析桥壳结构确定了12个设计参数。利用拉丁超立方抽样法选取60个样本点,根据样本模型有限元分析结果对相关设计参数进行相对灵敏度分析,并构建了桥壳质量、变形、应力、固有频率的Kriging代理模型。以桥壳总成质量和整体最大应力最小化为目标,采用NSGA-II多目标优化算法对所建代理模型进行求解,得到驱动桥壳轻量化设计的最优方案。优化后驱动桥壳质量降低了12.1%,并且桥壳变形、应力和固有频率等性能指标均符合设计要求,验证了所提出的驱动桥壳轻量化设计方法的有效性。     

重卡驱动桥壳疲劳稳健性与轻量化设计

驱动桥壳轻量化设计对于提高承载能力、降低生产成本具有重要的意义.本文在驱动桥壳有限元分析和疲劳分析计算的基础上建立驱动桥壳多目标优化模型，对重型卡车驱动桥壳进行参数化设计，建立正交试验表，利用田口方法和综合评价方法对驱动桥壳的疲劳性能稳健性和质量进行优化设计.优化结果表明，此方法可以应用于驱动桥壳的多目标优化，优化后驱动桥壳的疲劳稳健性能得到提高，减轻了质量，因此节约了桥壳材料，降低了生产和运营成本，提高了设计水平.     

无底柱深孔后退式崩矿法采场结构参数优化

为实现某铅锌矿山无底柱深孔后退式崩矿法安全高效开采,开展采场结构参数优化研究.实测-650 m中段原岩应力,运用Surpac-FLAC3D模型生成技术构建数值分析模型,进而采用多元应力回归方法反演初始地应力场.通过弹性力学小薄板理论分析得到顶板稳定性随采场结构参数的变化关系,结合实际采准条件,提出采场结构参数初选方案.基于反演地应力场,进行初选方案开采数值分析,获得各方案力学响应指标.引入多目标理想点法决策,考虑安全和经济指标,计算方案评价指标集与理想解的向量近似度,优化确定该矿无底柱深孔后退式崩矿法采场结构参数为矿房采场宽10 m,矿柱采场宽8 m.     

螺旋弹簧多目标稳健优化设计

以螺旋弹簧的给定刚度变化最小、自振频率最大和质量最小为设计目标,综合考虑优化设计中的随机因素,建立了基于稳健性的多目标优化模型,并在科学计算语言MATLAB中编程求解.通过液压阀螺旋弹簧设计实例的分析说明,多目标稳健优化设计提高了设计目标的稳健性,一定程度上提升了液压阀的动态响应特性.     

基于组合优化算法的碟形水下滑翔机结构优化

圆碟形水下滑翔机的耐压壳体重量大小直接影响其整体性能。为解决只采用一种优化方法进行耐压壳体结构优化设计,很难得到真正的全局最优解的问题。首先,分别采用单目标优化、多目标优化方法进行碟形水下滑翔机结构优化方案设计。然后,设计全局探索型优化算法和数值型优化算法相结合的组合优化算法,对圆碟形水下滑翔机的耐压壳体进行优化设计;并与采用单独优化算法的优化设计结果进行比较分析。结果表明:MIGA和Hooke-jeeves组合优化算法获得很好地单目标优化效果;AMGA和Hooke-jeeves组合优化算法获得很好地多目标优化效果。     

基于近似模型的重载仿生腿多目标优化

针对大型六足机器人在运动过程中腿部刚度不足和振动的问题，提出一种基于近似模型的多目标综合优化方法. 建立有限元模型，分析各类复杂工况下腿部结构强度、刚度 和模态频率等性能，确定仿生腿的优化空间. 对仿生腿静态及动态性能建立参数化模型，定义相应的设计变量，采用优化拉丁超立方方法分别对仿生腿基节、大腿和小腿模块进行试验设计，获取初始样本点，拟合各模块响应面模型、克里格模型和径向基函数神经网络模型，通过误差分析选定精度最高的近似模型，并联合第二代非支配排序遗传算法，以静态刚度、质量和首阶固有频率为目标，约束最大应力，对仿生腿进行优化设计，对优化后的结果进行分析验证. 结果表明，重载仿生腿经所述方法优化后，在满足结构强度的前提下，平地工况最大变形下降9.73％，斜坡工况最大变形下降9.46％，首阶固有频率提升3.45％，仿生腿总体质量下降8.63％.     

基于代理模型的碾压混凝土坝坝体渗控结构多目标优化

针对现有碾压混凝土坝坝体渗控结构优化研究中常用的单目标、单参数的优化方法难以获得同时满足多个目标要求的渗控结构设计方案,无法充分考虑不同设计参数之间的关联性以及计算效率低的不足,提出了基于代理模型的碾压混凝土坝坝体渗控结构多目标优化方法.其主要包括:①建立以渗控结构设计参数为设计变量,以防渗层最大水力梯度、溢出点高程以及渗控结构造价为优化目标的碾压混凝土坝坝体渗控结构多目标优化数学模型;②提出基于多目标粒子群算法与代理模型的模型求解方法,其中多目标粒子群算法应用于快速求解Pareto解集,而代理模型应用于建立设计参数与优化目标之间的近似关系式,用以替代优化过程中求解耗时的渗流数值模型,从而提高求解效率,同时考虑不同设计参数之间的关联性.利用本文方法对某碾压混凝土坝坝体渗控结构进行多目标优化,并通过与传统方法进行对比验证了该方法的有效性与优越性.     

数控内齿强力珩齿机床身结构的多目标优化

床身是数控内齿强力珩齿机的关键零部件之一,为实现床身质量、一阶固有频率和最大变形量的综合优化,文章提出一种将响应面模型与遗传算法相结合的优化设计方法,对主要设计参数进行中心复合实验设计.在实验设计的基础上,对设计参数进行灵敏度分析并建立响应面模型,利用遗传算法对响应面模型进行优化设计,结合生产工艺确定最佳优化方案.以Y...     

多目标优化问题近似解的一类标量化方法

【目的】研究多目标优化问题近似解的一类标量化方法。【方法】利用Ehrgott和Ruzika提出的多目标优化问题的标量化模型。【结果】建立了基于co-radiant集定义的(C,ε)-近似解和改进集定义的E-近似解的一些标量化结果,并提出了一些例子对主要结果进行了解释。【结论】所得结果为设计求解多目标优化问题近似解的最优算法提供理论与方法基础。     

压力容器开孔接管区应变的有限元分析及应用

圆柱壳开孔接管的应变分析在压力容器设计中是一个普遍而重要的问题.利用ANSYS有限元分析软件对一圆柱壳开孔直接管区域的应变进行了计算,求出了在弹性范围和弹塑性范围内的最大应变及应变系数,并对应变分布状况进行了分析.利用有限元的计算结果求出模型的极限载荷及疲劳循环数N,并与使用设计标准JB4732-95中应力指数法的计算结果作了比较.比较的结果表明:在应变较大的情况下,使用应力指数法分析压力容器开孔接管区的疲劳问题,已不能反映出疲劳破坏的实质.     

基于响应面模型和多目标遗传算法的动车组水箱优化设计

以获取动车组水箱最佳结构参数组合为目的,结合双向流固耦合分析,采用拉丁超立方抽样生成试验设计样本点,构建了动车组水箱的响应面近似模型,通过拟合优度验证了该响应面的准确性。最后运用多目标遗传算法寻找水箱结构参数优化设计的Pareto最优解前沿,以此提出优化策略。研究结果表明,基于响应面模型和多目标遗传算法的动车组水箱优化方法,有效克服了水箱结构总体性能方案设计时重复性和经验依赖的缺点,可为决策者进行目标权衡提供充分依据,为其他复杂模型的设计优化问题提供设计参考及解决方案。