基于响应面模型与遗传算法的机床立柱优化

针对机床立柱优化问题,提出了一种将响应面模型与遗传算法相结合的优化设计方法。采用拉丁立方试验的设计方法,在设计空间中抽取样本点并进行数值模拟,建立了立柱最大变形、一阶固有频率及质量的响应面模型。利用遗传算法对响应面模型进行优化,得到了Pareto最优解集。实验结果表明:与原先的设计方案相比,优化后的立柱质量减轻了7.2%,最大变形量和前六阶固有频率有不同程度的改善。该文所提出的方法较适用于机床及类似复杂结构的参数优化设计。     

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...     

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.     

基于响应面法的听小骨消声器的优化设计

为了改善听小骨消声器的消声性能,并减轻质量,以消声器低频和宽频的平均传递损失作为优化目标,以消声器的结构参数(进出口管道宽度、封闭腔深度、封闭腔长度)作为优化变量,消声器的质量作为约束条件,对其结构参数进行优化.建立了听小骨消声器的有限元模型,采用中心组合试验设计获得样本点,利用响应面法构造二次多项式响应面模型,并检验了响应面模型的拟合精度.将响应面模型和NSGA-Ⅱ遗传算法相结合对消声器的结构参数进行了优化.优化后消声器低频和宽频的消声性能得到改善,质量减轻,表明了响应面法和遗传算法相结合的消声器结构参数优化方法的有效性.     

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。     

滚轮滚针轴承螺栓强度优化设计方法

螺栓强度直接决定滚轮滚针轴承工作载荷。而注油孔结构设计参数是影响螺栓强度的主要因素之一。针对这一问题,以螺栓最大应力和变形为优化目标,提出了滚轮滚针轴承螺栓强度优化设计方法。首先,基于三维建模软件,建立了滚轮滚针轴承参数化模型;然后,运用有限元方法,提出了滚轮滚针轴承整体有限元仿真模型,分析了注油孔设计参数对螺栓强度的影响规律;最后,采用响应面分析方法,建立了以螺栓最大应力和最大变形最小为优化目标的滚轮滚针轴承多目标优化模型,结合工程实际,获得了螺栓注油孔孔径的最优化设计参数。仿真结果表明,优化后的滚轮滚针轴承螺栓关键位置的最大应力和最大变形均有所改善,验证了所建立的滚轮滚针轴承螺栓强度优化设计方法的有效性。     

采用响应面法的轿车驾驶员座椅的模态优化

建立某轿车驾驶员座椅结构的有限元模型,并分析模型的模态特性。针对座椅Y向横摆模态频率低于目标值的问题,为保证优化过程不增加座椅总质量,将参数化后的座椅有限元模型基于响应面法进行模态优化。采用板件模态灵敏度分析的方法,选取对座椅模态和质量影响较大的钣金件厚度作为设计变量,通过拉丁超立方实验设计采集样本点,构造Kriging响应面模型并检验响应面的精度。以座椅的Y向横摆模态频率最大化为目标,总质量为约束,结合遗传算法对响应面模型进行优化计算,得到座椅模态优化的最优方案。优化后座椅的Y向横摆模态频率由22.69 Hz提高到24.60 Hz,同时质量降低了5.2%(0.891 kg),从而实现了座椅的模态优化和轻量化,且验证了所提出的优化方法的有效性。     

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.     

采用多体动力学的压缩机曲轴结构优化

以小型活塞式压缩机为研究对象,提出了降低曲轴系统扭振幅值、提高曲轴强度、轻量化曲轴的优化设计方法。在考虑电机转动惯量影响的同时建立了曲轴系统多体动力学模型,利用正交试验方法从多个设计参数中筛选出影响曲轴系统扭振和强度性能的显著因子,并在显著因子和曲轴系统一个周期内的最大扭转角、峰值应力及质量下拟合了二阶响应面模型,采用非劣排序遗传算法(NSGA-II)对二阶响应面拟合模型进行了优化。通过对某W型活塞式压缩机平衡重过渡圆角半径、曲轴偏心距和曲柄厚度进行优化显示,压缩机曲轴质量、自由端扭转角、峰值应力与初始值相比分别下降了11.31%、22.9%、25.10%,表明优化后曲轴系统的扭振幅值下降,质量减轻,强度提升。研究结果可为优化压缩机设计、提高曲轴的性能提供参考。     

基于近似模型的机床铣削质量稳健性优化设计

在铣削加工优化设计过程中，设计变量的不确定性通常被忽略，这容易导致优化解违反优化设计约束条件.为此，本文基于近似模型方法，开展铣削参数的多目标稳健性优化设计研究.在该优化设计方法中，采用多项式响应面模型和径向基函数模型近似模拟铣削过程最大铣削力、铣削后工件表面粗糙度两目标函数与铣削线速度、每齿进给量两设计变量之间的隐式关系，采用NSGA-Ⅱ多目标遗传算法结合蒙特卡洛模拟方法对比分析了针对铣削参数的常规确定性优化以及考虑设计变量波动的稳健性优化.结果表明：稳健性优化后的铣削参数有效地降低了铣削加工过程中的铣削力，提高了加工后工件表面质量，同时优化解具有较高的可靠性.     

船舶钢-复合材料组合基座减振设计方法分析

以有/无阻振质量组合结构基座与钢结构基座设计为例，选择振级落差作为减振评价指标，以结构重量为目标函数，考虑振级落差和应力等约束条件进行动力学优化设计比较分析.建立了相应结构动力学优化数学模型，并采用Kriging代理模型和遗传算法进行求解.结果表明：组合基座比钢基座具有更好的隔振效果；复合材料的引入对减振作用最大；阻振质量在基座减振中也有一定效果；采用优化设计方法是组合基座设计的必要手段.     

基于随机概率密度演化的结构-TMD参数优化

基于地震载荷随机性的事实,以及传统的采用特定地震波研究结构控制条件具有严重缺陷的问题,本文提出以结构最大层间位移作为控制指标,基于概率密度演化理论,采用改进遗传算法对TMD参数进行优化的设计方法.该方法结合改进遗传算法以及概率密度演化方法,充分考虑了随机性对结构影响的本质,根据随机载荷下结构-TMD控制体系中结构层间位移响应和动力可靠度的前后对比,说明优化方法的优越性.以三层剪切型混凝土框架结构-TMD参数优化为例,验证所提方法的正确性,为随机激励下的多自由度结构-TMD系统优化设计提供了一条新的解决途径.     

基于相关性分析和响应面法的复合旋流器结构参数优化

为了提高旋流器优化参数的准确性,得到其在结构优化中的最优解,以一种新型复合旋流器为研究对象,基于相关性的单因素分析寻优法,以相关性分析的结果来指导优化范围的选取,提高其结构参数优化范围的准确性。结合响应面优化方法,以分离效率为优化目标,确定旋流器的最优结构参数,建立了分离效率和结构参数之间的回归模型。结果表明:不同的结构参数和各性能指标之间的显著关系并不相同,根据相关性分析的结果确定各结构的优化范围为:上锥角为0°~4°,下锥角为8°~12°,底流口直径为12~16 mm;响应面优化得到旋流器最优结构为:上锥角为2.565°,下锥角为11.719°,底流口直径为12.889 mm,在本组参数下旋流器固体分离效率达到了99.945%,气体分离效率达到了93.807%。为旋流器的结构优化提供了一种新方法。     

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.      

复合筒型基础浮运允许压差研究

复合筒型基础分舱间允许压差对其安全运输具有重要意义,针对复合筒型基础浮运过程中允许压差问题,以某海上风电项目中复合筒型基础浮运工程为背景,基于有限元软件ABAQUS定量分析了复合筒型基础浮运过程中允许压差与基础外吃水、分舱板厚度、基础直径、内舱压强值等参数变化的影响。研究结果表明：复合筒型基础浮运过程中分舱板Mises应力最大值与允许压差最大值随外吃水和分舱板厚度的增加表现为指数增长趋势,但相对于分舱板厚度变化,基础分舱板允许压差最大值对外吃水变化比较敏感;分舱板增设加强肋对复合筒型基础允许压差最大值有20%～35%的显著提升。当允许压差最大值确定时,可以根据实际工程需要选取基础各变化参数安全组合中的最优解。     

MTVMD对结构减震参数优化及偏离性分析

研究了MTVMD（multiple tuned viscous mass damper）对单自由度结构在简谐荷载作用下的参数优化设计及减震效果,分析了结构参数变动时系统的鲁棒性.以位移和加速度动力放大系数为优化目标,运用改进模式搜索法搜寻MTVMD最优参数.分析表明,增加质量比和子TVMD个数,MTVMD的减震性能增强,且结构参数变动时,系统鲁棒性增强.考虑阻尼器在实际工作状态时的参数可能会偏离最优参数,假定各子TVMD参数偏离服从正态分布,利用蒙特卡罗试验法对比分析了STVMD（single tuned viscous mass damper）和MTVMD自身参数最不利偏离状态时的减震有效性和可靠性.数值结果表明,STVMD的减震有效性和可靠性与子TVMD个数正相关,MTVMD则存在一个最优子TVMD个数使得减震有效性最佳;STVMD和MTVMD减震性能与参数最大偏离率负相关.     

新型耗能增强型形状记忆合金阻尼器减震性能研究

首先通过形状记忆合金的材性试验研究了其超弹性变形性能,并将其等效拟合为多线性模型,得到其计算参数.然后,提出了一种新型耗能增强型SMA阻尼器,说明了其构造,阐述了其工作原理和设计要点,推导了阻尼器的恢复力模型.最后通过有限元程序对设置该阻尼器的多层钢框架、对角设置SMA拉索的多层钢框架、普通钢框架进行了地震时程分析,对比研究了该阻尼器的消能减震能力.结果表明该阻尼器的滞回环非常饱满,耗能能力强,大震下对结构的位移和层间位移角控制效果显著.     

基于响应面法AerMet100超高强度钢钻削预测与优化试验研究

为了在实际钻削加工中,获得更优加工表面质量,减小刀具磨损的同时提高加工效率,使用响应面法对AerMet100超高强度钢进行钻削加工轴向力预测和优化研究,通过中心组合设计试验结果建立预测模型并进行模型显著性分析和参数交互回归分析,以研究各加工参数(主轴转速、进给速度以及步进量)改变对轴向力的变化影响规律,并对最优方案进行试验验证。研究表明:预测模型较为显著且拟合程度较高,失拟项不显著;主轴转速与进给速度及其二次项相对于步进量和各参数交互项对轴向力影响更为显著;试验验证预测模型相对误差较小,证明预测模型较为可靠。     

长持时爆炸冲击波作用下钢梁动力响应分析

大规模爆炸时引起的长持时平面爆炸波会造成结构的整体破坏,这与接触爆炸或近场爆炸的破坏模式有显著差异,但相关研究不多。为研究长持时冲击波作用下钢梁的动力响应,首先基于耦合欧拉-拉格朗日方法建立了大型数值激波管模型,然后采用该数值激波管得到作用在钢梁上的反射超压时程,最后通过显示动力学方法研究了冲击波入射方向、持时、超压等参数对钢梁破坏模式的影响规律。结果表明：本文提出的数值激波管模型能较好的模拟长持时爆炸波的绕射现象,可得到可靠的反射超压和冲量时程;随着冲击波入射角度的增加,简支钢梁跨中位移增大;冲击波超压峰值相同时,随着持时的增加,简支梁跨中的最大位移有增大的趋势,而最大位移的增长速率则会变缓;简支钢梁在长持时爆炸冲击波作用下容易发射受弯破坏,而梁跨中翼缘板会出现局部屈曲现象。