检索结果-内蒙古大学图书馆

制造业自动化 2022年第5期44卷 114-118页

作者：王海天徐慧赵越纪思奇赵庆跃北京机械工业自动化研究所北京100120 北自所(北京)科技发展股份有限公司北京100120

工业机器人中龙门式机器人在工业生产、包装领域中被广泛应用。面向我国龙门式机器人对应的研究不是很多,设定的龙门式机器人整体的尺寸为了满足刚度大多数是冗余的,过多的材料使用不仅会造成成本的增加还会增加能耗。针对上述难题,针... 详细信息

工业机器人中龙门式机器人在工业生产、包装领域中被广泛应用。面向我国龙门式机器人对应的研究不是很多,设定的龙门式机器人整体的尺寸为了满足刚度大多数是冗余的,过多的材料使用不仅会造成成本的增加还会增加能耗。针对上述难题,针对高速龙门码垛机器人主梁受力和机械结构提出并搭建了多目标结构优化的方案,通过改变横截面尺寸参数,获得了即可以减轻质量又可以提升刚度的优化结果。应用结果表明主梁性能得到改善,并验证了该方案的可行性,为机械截面尺寸优化设计提供了良好的解决方案。

关键词：结构设计多目标优化近似建模龙门式机器人

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改进粒子群优化算法在轿车车身轻量化设计中的应用

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汽车安全与节能学报 2017年第1期8卷 30-37页

作者：刘钊朱平李泽阳上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海市复杂薄板结构数字化制造重点实验室

为了提高粒子群优化算法(PSO)寻优过程中粒子种群之间的多样性,提出了一种基于停滞判断准则与粒子速度更新的改进PSO。在寻优过程中,当粒子群优化陷入停滞时,新的速度更新公式将激活,提高粒子种群之间的多样性。通过数学标准测试函数,... 详细信息

为了提高粒子群优化算法(PSO)寻优过程中粒子种群之间的多样性,提出了一种基于停滞判断准则与粒子速度更新的改进PSO。在寻优过程中,当粒子群优化陷入停滞时,新的速度更新公式将激活,提高粒子种群之间的多样性。通过数学标准测试函数,进行了数学实验,对比改进PSO与标准PSO的优化能力。结合近似建模技术与合理的约束处理方法,将该算法运用到考虑100%正面碰撞工况、40%偏置碰撞工况、侧面碰撞工况、追尾碰撞工况以及顶压溃工况的车身轻量化设计中。结果表明:在全局寻优能力方面,运用改进PSO优化得到的问题解均优于标准PSO。在满足各项结构性能指标的前提下,可减轻质量23.41 kg。这为轿车车身轻量化设计提供了可借鉴的方法。

关键词：车身设计轻量化多种碰撞工况粒子群优化算法(PSO) 停滞判断准则近似建模

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航天器分离装置动力学建模与优化设计

航天器分离装置动力学建模与优化设计

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作者：李雪梅东南大学

学位级别：硕士

现代卫星技术随着航天事业的发展不断进步,其应用范围越来越广泛,能实现的功能也越来越多,即卫星搭载的精密仪器也随之增加。为降低卫星体积与质量的增加引起的安全隐患,同时随着空间技术的发展,研制周期短、重量轻、成本低廉的小卫星... 详细信息

现代卫星技术随着航天事业的发展不断进步,其应用范围越来越广泛,能实现的功能也越来越多,即卫星搭载的精密仪器也随之增加。为降低卫星体积与质量的增加引起的安全隐患,同时随着空间技术的发展,研制周期短、重量轻、成本低廉的小卫星系统成为研究重点之一。连接分离装置是航天器舱体或两个航天器之间起连接作用,并在航天器到达正式运动轨道时解锁分离的执行机构。小卫星的快速发展使分离技术成为发射任务中的关键一环,因小卫星在进入预定轨道进行分离时产生的冲击振动极易破坏其搭载的高精度元器件。传统的火工分离技术虽然能够完成解锁任务,但对于质量较轻的小卫星来说存在着冲击大、可靠性差、易产生污染物等缺点。非火工装置是针对传统火工装置的缺陷改造的,主要优点有高可靠性、低冲击、无污染、低成本、可重复使用等,但其动作过程中复杂的接触摩擦过程十分复杂,研究非火工连接分离技术已成为航天领域的十分重要且迫切的需求。本文以某型非火工分离装置为研究对象,该装置以记忆合金弹簧为驱动源,具有安全可靠的优点,通过分瓣螺母与螺栓之间的相对运动实现星箭连接与分离任务,具体的研究内容如下。(1)分离装置作动原理与受力分析研究。首先对非火工连接分离装置的结构组成展开分析,并根据分离装置的整体结构将其分为螺母组件和螺栓组件,阐述了分离装置解锁分离过程的作动原理与机制。由于分离装置采用记忆合金弹簧作为驱动源,为分析分离装置工作过程中的受力特性,分别从销球解锁、螺母分离、螺纹连接、螺栓预紧四个模块进行研究,为后续的仿真优化工作奠定基础。(2)分离装置接触动力学研究。基于Lankarani和Nikravesh提出的迟滞阻尼接触模型展开研究,以Hertz接触理论为基础确定接触力模型各参数计算方法,并针对分离装置中产生碰撞冲击的部分建立了接触刚度计算表达式。为确保建模与仿真的可靠性和精确性,以小球碰撞为例进行计算分析,对接触模型中的恢复系数、力指数和接近速度分别展开研究,确定参数对接触碰撞过程的影响。(3)分离装置动力学建模与仿真研究。以基于记忆合金弹簧的非火工分离装置解锁分离过程为研究对象,结合非火工分离装置的运动原理分析与接触理论分析,使用动力学软件ADAMS建立其仿真模型,能够有效模拟分离装置连接、作动、分离等全过程,计算得加速度响应与实际结果一致;根据建立的模型分别研究了分离过程中记忆合金弹簧和螺栓预紧力对冲击响应的影响,并使用试验设计方法研究分离装置中四个弹簧元件刚度系数对冲击响应的影响程度,为优化工作提供参考。(4)分离装置弹簧优化设计研究。使用多学科优化软件Isight与ADAMS集成建立分离装置弹簧的优化模型,通过建立Kriging近似模型替代原有耗时长的仿真模型,建立弹簧刚度的优化数学模型,使用多岛遗传算法进行优化,通过优化分离装置的加速度响应约降低了6.7%,近似模型与仿真结果的相对误差约为0.74%。结合优化结果对分离弹簧的尺寸进行进一步的优化设计,以降低弹簧总体质量为优化目标建立优化数学模型,在满足约束条件的情况下得到最优尺寸值,所得的弹簧刚度值仍使分离装置产生的冲击降低了5.3%。本文以基于记忆合金弹簧的非火工连接分离装置为对象,以接触理论、多体动力学及优化算法为基础,开展了接触分析、动力学建模与仿真、近似建模与优化等一系列研究,最终使分离装置的冲击响应得到一定改善,论文的仿真建模与优化分析可以为分离装置的研制提供参考。

关键词：分离装置接触理论动力学建模优化设计近似建模

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混合变量下车身关键吸能构件优化设计方法研究

混合变量下车身关键吸能构件优化设计方法研究

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作者：张锁武汉理工大学

学位级别：硕士

在节能与新能源汽车轻量化和安全性设计的双重要求下，如何获得卓越的轻量化效果和优异的碰撞安全性能是一项重要的研究课题。车身结构的耐撞性优化设计具有很强昂贵黑箱函数的特点，导致无法使用传统梯度优化算法快速寻优；同时，使得... 详细信息

在节能与新能源汽车轻量化和安全性设计的双重要求下，如何获得卓越的轻量化效果和优异的碰撞安全性能是一项重要的研究课题。车身结构的耐撞性优化设计具有很强昂贵黑箱函数的特点，导致无法使用传统梯度优化算法快速寻优；同时，使得通过二次开发耦合有限元与启发式算法的优化方法计算效率极低。鉴于此，本文在不同混合空间形式的设计变量下对昂贵黑箱函数的多目标优化设计方法展开深入的研究，分别开发出适用于离散型、连续型及混合型变量的优化设计方法，力求解决车身关键部件的耐撞性设计问题。主要研究内容如下：\n (1)在离散型变量空间下，基于传统的田口分析法，通过耦合灰度关联分析法和主成分分析法解决优化设计中多目标决策和权重比分配的问题，提出一种基于主成分分析的田口-灰度关联分析的多目标优化设计方法。同时，以拼焊型前纵梁作为方法实施的研究对象，解决前纵梁多材料、多厚度的多目标优化问题。研究结果表明，这种多目标离散优化方法仅通过27次昂贵仿真的计算，便显著降低碰撞峰值力25.4％，提高比吸能1.2％。\n (2)在连续型变量空间下，基于最优拉丁超立方采样方法，通过耦合机器学习回归模型和蒙特卡洛模拟方法，将系统的可靠性概率作为约束函数，进行结构多目标可靠性优化设计；进一步提出基于熵权分析的TOPSIS多目标决策方法，从而开发出一套完整地集多目标寻优与多目标决策为一体的可靠性优化设计框架。同时，以连续变厚度B柱作为方法实施的研究对象，解决B柱的厚度属性最优分布问题。研究结果表明，优化后结构的可靠度得到极大提升，并通过所提出的多目标决策方法从Pareto前沿中得到比较满意的权衡解。\n (3)在混合型变量空间下，提出一种两阶段组合优化设计方法，即：第一阶段根据所提出的田口-灰色关联分析法实现全局参数的最优点估计，第二阶段基于最优定位点构建响应面模型，对连续型设计变量进行局部连续寻优，如此反复迭代。同时，以蜂窝型吸能盒作为方法实施的研究对象，旨在解决蜂窝型吸能盒的材料属性离散型及厚度连续型的混合设计优化问题。研究结果表明，所提出的两阶段组合优化方法相比于的传统NSGA-Ⅱ，可以得到更宽的响应优化空间。\n 本研究开发出不同混合空间形式变量下的适用于黑箱函数的多目标优化设计方法，为新能源汽车轻量化和被动安全性设计等需求提供了一定指导意义。

关键词：汽车碰撞试验吸能结构近似建模多目标优化混合变量

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基于低速碰撞和行人保护的汽车保险杠性能优化研究

基于低速碰撞和行人保护的汽车保险杠性能优化研究

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作者：宋佳合肥工业大学

学位级别：硕士

根据交通数据显示,行人是交通事故中的主要受害者,为此各国相继颁布了行人保护条例以提高汽车的行人保护功能。当行人与车辆发生碰撞时,行人腿部是主要的受伤部位,而且由于保险杠是最先与行人腿部接触的部件,因此减小保险杠系统的整体... 详细信息

根据交通数据显示,行人是交通事故中的主要受害者,为此各国相继颁布了行人保护条例以提高汽车的行人保护功能。当行人与车辆发生碰撞时,行人腿部是主要的受伤部位,而且由于保险杠是最先与行人腿部接触的部件,因此减小保险杠系统的整体刚度有利于减小行人腿部的损伤。然而保险杠系统在低速碰撞中还需发挥关键作用,以保护散热器等车内部件和车内乘员,因此保险杠系统整体刚度的减小不利于保险杠系统的低速耐撞性。为此,本文针对保险杠系统的低速耐撞性和行人腿部保护功能对保险杠的结构进行优化设计。本文首先对各国的行人保护条例和低速碰撞评价体系做了深入的了解,其中关于行人保护遵循欧洲新车评价程序EuroNCAP,汽车低速碰撞参考欧洲法规ECE R42低速碰撞评价体系。其次分别建立了汽车低速碰撞和汽车行人腿部保护的有限元模型进行仿真计算,其中低速碰撞的输出响应为保险杠横梁的侵入位移,行人腿部保护的输出响应为胫骨加速度、膝关节弯曲角度和膝关节剪切位移,评价本文所用的这款车型是否满足EuroNCAP和ECE R42。由于有限元分析存在误差,考虑10%的安全裕度后,行人的胫骨加速度超出考虑安全裕度后的Euro NCAP的目标值。因此本文以上横梁厚度、蒙皮厚度和吸能泡沫密度为设计变量,以胫骨加速度为优化目标,膝关节弯曲角度、膝关节剪切位移和保险杠横梁的侵入位移为约束响应,采用试验设计技术、近似建模技术和多岛遗传算法MIGA对保险杠结构进行确定性优化,在考虑设计变量的不确定性的基础上,采用基于蒙特卡洛模拟技术的6σ-质量设计,对保险杠结构进行了稳健性优化设计。本文的研究结果表明,尽管稳健性优化结果和确定性优化结果在数值上差别较小,甚至稳健性优化结果的数值会大于确定性优化结果而使优化结果变差,但稳健性优化结果较初始设计在数值上已有很大的改进,并且稳健性优化结果较确定性优化结果的可靠稳健性得到大幅提高,从而满足设计要求。采用文中提出的方法既维持了保险杠结构的低速耐撞性又改善了保险杠结构的小腿保护功能并且结果具有较高的稳健性,为日后保险杠的设计提供了参考。

关键词：低速碰撞行人保护保险杠结构近似建模蒙特卡洛模拟稳健性优化

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不确定性MDO理论及其在卫星总体设计中的应用研究

不确定性MDO理论及其在卫星总体设计中的应用研究

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作者：姚雯国防科学技术大学

学位级别：硕士

随着空间技术的不断提高和应用需求的不断发展,对卫星的稳健性和可靠性提出了越来越高的要求。论文从提高卫星设计质量的角度出发,对不确定性多学科设计优化(Uncertainty Multidisciplinary Design Optimization,UMDO)的理论及应用进行... 详细信息

随着空间技术的不断提高和应用需求的不断发展,对卫星的稳健性和可靠性提出了越来越高的要求。论文从提高卫星设计质量的角度出发,对不确定性多学科设计优化(Uncertainty Multidisciplinary Design Optimization,UMDO)的理论及应用进行了系统研究,初步形成了一套完整的不确定性MDO方法,并将其应用于可接受在轨服务小卫星总体设计优化问题中。首先,研究了不确定性理论。阐述了不确定性MDO基本概念,研究了不确定性分类与建模方法、不确定性分析方法和约束可靠性等效处理方法,为实现不确定性MDO对不确定性因素进行合理有效的管理、分析和计算提供了技术途径。其次,研究了试验设计与近似建模方法。提出了基于最优拉丁超立方设计的序贯分组试验设计方法,以及基于序贯分组试验设计和Kriging函数的改进序贯近似建模方法。该方法能够在保证近似精度的要求下减少建模所需的样本数量,从而有效地解决复杂系统近似建模的计算复杂性问题。然后,研究了不确定性MDO优化过程。以并行子空间优化过程为基础,提出了基于探测加点和限制记忆法的加速响应面逼近策略,以及基于对策论的混合子空间组织方法。在此基础上集成不确定性设计优化方法,形成了基于对策论的混合子空间不确定性MDO优化过程GBCSSUO(Game theory Based CompositeSubSpace Uncertainty Optimization)。通过GBCSSUO的有效组织,能够使不确定性MDO的计算复杂度得以降低,优化效率得到提高。最后,以可接受在轨服务小卫星为对象,对不确定性MDO在卫星总体设计中的应用进行研究。根据对地观测和可接受在轨服务的任务需求,初步设计了小卫星总体方案,建立了总体设计学科模型及其不确定性模型。采用GBCSSUO对总体多学科设计优化问题进行集成实现与优化求解,结果较好的验证了GBCSSUO的可行性和有效性,并给出了满足稳健性和可靠性要求的较优的总体设计方案。论文对不确定性MDO理论进行了系统研究,并将其应用于可接受在轨服务小卫星的总体设计优化中,为促进不确定性MDO方法在卫星总体设计中的应用提供了一套较好的思路和方法,为提高卫星总体设计水平奠定了良好的基础。论文在卫星总体设计中引入可接受在轨服务的设计思想,对可接受在轨服务卫星的总体设计进行了初步探索,对我国开展可接受在轨服务卫星的研究具有一定参考价值。

关键词：不确定性MDO 试验设计近似建模不确定性MDO优化过程可接受在轨服务卫星

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某矿用车平顺性优化仿真与试验研究

某矿用车平顺性优化仿真与试验研究

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作者：刘笃优北京理工大学

学位级别：硕士

为了解决矿用人车平顺性较差的问题，结合车辆平顺性试验方法，将改进粒子群算法、灵敏度分析方法和近似建模理论应用到求解悬架多参数优化问题当中，并通过试验验证，提出一种有效的悬架多参数优化方法。本文按照从低自由度到高自由度... 详细信息

为了解决矿用人车平顺性较差的问题，结合车辆平顺性试验方法，将改进粒子群算法、灵敏度分析方法和近似建模理论应用到求解悬架多参数优化问题当中，并通过试验验证，提出一种有效的悬架多参数优化方法。本文按照从低自由度到高自由度建模，从简单到复杂分析问题的思路展开。首先基于1/2车辆振动模型，以车身振动加权加速度均方根为目标函数，以悬架动挠度和轮胎动载荷为约束，运用标准粒子群算法（SPSO）进行车辆四自由度悬架参数优化。针对SPSO算法容易陷入局部最优、优化速度较慢的问题，通过惯性权值调整、超出边界粒子速度位置选择、引入混沌变异加强局部搜索和调整混沌粒子群算法邻域选取策略等方法提高了粒子群算法寻优精度和收敛速度，并提出了指数函数调整惯性权值和局部邻域的混沌粒子群算法（ICPSO）。仿真表明：应用ICPSO算法可以大大提高悬架优化问题的收敛速度和寻优精度，获得最优的悬架参数匹配结果。将改进粒子群算法应用到整车七自由度振动模型中，针对粒子群算法多次调用模型求解运算效率低、耗时长的问题，对影响车辆平顺性的18个悬架主要参数进行灵敏度分析，找出对车辆平顺性影响较大的参数，并对车辆振动模型进行响应面法近似建模，用二阶多项式拟合仿真模型，最后再用ICPSO算法对悬架近似模型进行优化。仿真表明：应用近似模型大大减少了优化时间，提高了优化效率，得到了理想的悬架参数匹配结果，在悬架动挠度变化不大的情况下，大大降低了车身振动加权加速度均方根值和轮胎动载荷。最后参照GB/T4970-2009平顺性试验方法对改进前和改进后的车辆进行了随机和脉冲路面平顺性试验，试验结果表明：改进后的车辆随机路面加权加速度均方根值比改进前减小了30%左右，脉冲路面最大加速度响应值比改进前减小了50%左右，试验结果证明了基于粒子群算法的悬架多参数优化可以提高车辆的行驶平顺性，可以用来指导后续的悬架开发和设计。

关键词：平顺性矿用人车悬架粒子群算法灵敏度分析近似建模

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SF6-N2介质条件下GIL母线气室内绝缘状态多目标优化方法研究

SF6-N2介质条件下GIL母线气室内绝缘状态多目标优化方法研究

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作者：晏威武汉理工大学

学位级别：硕士

在环保轻量化与安全可靠性的双重要求下,为更好的挖掘最优结构尺寸与耐击穿品质,发挥结构轻量化潜能,实现高绝缘特性与轻量化的综合性能卓越的设计,论文通过提出一种两阶段组合优化设计方法开展了SF6-N2混合气体介质条件下GIL母线气室... 详细信息

在环保轻量化与安全可靠性的双重要求下,为更好的挖掘最优结构尺寸与耐击穿品质,发挥结构轻量化潜能,实现高绝缘特性与轻量化的综合性能卓越的设计,论文通过提出一种两阶段组合优化设计方法开展了SF6-N2混合气体介质条件下GIL母线气室内绝缘状态多目标优化方法的研究。力求解决SF6-N2混合气体介质条件下GIL内绝缘性能与轻量化双重优化设计问题。主要研究内容如下:（1）在建立混合气体条件下的内绝缘状态的判据的基础上,考虑了气体间的协同效应并依此建立绝缘状态判断的多物理场耦合模型,为后续研究提供基础数据与支撑。（2）将GIL内绝缘状态多目标优化分为两阶段优化设计,并基于主成分分析的田口-灰度关联分析方法完成第一阶段参数匹配优化设计,以及对关键参数进行了筛选,实现降维处理,以进行第二阶段优化设计。（3）采用响应面模型建立了GIL内绝缘状态多目标优化的代理模型,并采用交叉验证方法与常用评价指标R2和均方根误差（RMSE）对代理模型精度进行了评价。（4）通过耦合非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）和多项式响应面代理模型完成了第二阶段的精细化设计,并采用基于熵权的TOPSIS多目标决策方法,使最终方案的选择更加合理,最后进行了基于仿真计算的优化方案验证。基于上述研究,本文主要研究结论如下:（1）内绝缘水平评估表明,击穿裕度分布中,最低为5.026 kV/mm,且越靠近导体击穿裕度值越低;在GIL气室中气体的密度分布受温度以及重力等影响呈现气体微堆积于底部部分。在内部场强分布中,其导体外表面及外壳内表面场强分别为3.38 kV/mm,0.99 kV/mm,导体周围场强分布最大。（2）第一阶段优化结果表明:在不同权重比分配的四种Case下,各目标响应均有着明显的改进,其中,Case1权重比（1/3:1/3:1/3）分配情况下,击穿裕度提升了2.6倍,最大温升和最大场强分别降低了43.5%、13.4%,它显著提高了GIL内绝缘性能和温升性能。（3）第二阶段优化结果表明,导体半径、外壳半径和外壳厚度分别降低4.69%、10.86%以及28.47%,实现降材24.26%;气体压强增加19.89%,击穿裕度提升20.74%,进一步提高了GIL内绝缘强度;最终温升为27.595 K,提高了25.71%。论文创新点:（1）提出了两阶段优化设计方法来解决GIL母线气室内绝缘状态多目标优化问题,在离散型与连续型变量空间下分别开发出适用于黑箱函数的多目标优化设计方法,对GIL的高绝缘性能与轻量化设计等需求提供了一定指导意义。

关键词： GIL 击穿裕度近似建模多目标优化代理模型

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61T集装箱平车车体结构形状优化策略研究

61T集装箱平车车体结构形状优化策略研究

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作者：余成树北京交通大学

学位级别：硕士

本文以结构优化设计理论和方法为基础,利用ISIGHT软件对集装箱专用平车车体结构进行了轻量化的优化设计。整个优化流程调用了两个仿真程序—ANSYS及HYPERMESH,其中ANSYS软件用来建立车体底架的有限元模型,HYPERMESH软件移动底架各梁的位... 详细信息

本文以结构优化设计理论和方法为基础,利用ISIGHT软件对集装箱专用平车车体结构进行了轻量化的优化设计。整个优化流程调用了两个仿真程序—ANSYS及HYPERMESH,其中ANSYS软件用来建立车体底架的有限元模型,HYPERMESH软件移动底架各梁的位置,而ISIGHT则驱动ANSYS和HYPERMESH仿真程序,在循环过程中修改设计变量,直到搜索到满足车体强度和刚度要求的最优设计。针对大型工程结构设计变量多、设计空间复杂、结构分析所需时间长的困难,本文研究了结合试验设计和近似模型的技术来降低优化规模,缩短优化时间,本文通过正交试验设计找到了对质量刚度影响较大的17个板材厚度设计变量和3个形状位置变量,并找到了粗略的优化解,然后在此基础上基于多种群遗传算法进行了全局寻优,优化结果减重达26%,但刚度下降较大。为了提高刚度,本文采用ISIGHT提供的多目标遗传算法NSGAⅡ对质量和刚度两个目标进行寻优搜索,优化结果比用多种群遗传算法的结果好,并且多目标遗传算法的结果为设计者提供了一组PARETO最优解,为设计者提供了更大的选择空间。本文还尝试使用近似模型替代仿真程序,基于近似模型优化,虽然优化过程不必调用仿真程序进行分析,缩短了优化时间,但优化结果却没有前两种方法好。本文研究的成果可为货车车体底架的设计提供一定的参考价值,为结构优化设计在机车车辆中的深入研究打下了一定的基础。

关键词：结构优化轻量化试验设计近似建模组合优化

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复合材料液压机底座筋板连接结构多目标优化

复合材料液压机底座筋板连接结构多目标优化

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作者：沈梦安福州大学

学位级别：硕士

复合材料液压机是大型薄壁复合材料制品模压成型的重要装备。具有高几何精度和高刚性的机架对制品的成型精度和压机的综合性能有着重要影响。底座是机架的重要承载零件,其刚性直接影响着模具的刚度。研究组成底座结构中各类板的厚度配置... 详细信息

复合材料液压机是大型薄壁复合材料制品模压成型的重要装备。具有高几何精度和高刚性的机架对制品的成型精度和压机的综合性能有着重要影响。底座是机架的重要承载零件,其刚性直接影响着模具的刚度。研究组成底座结构中各类板的厚度配置,筋板的布置方式以及连接位置对底座的质量和刚度性能的影响规律,以最小的材料耗费,获得最优的底座结构设计方案,这些工作无疑具有重要的理论研究价值和现实的工程指导意义。本文以某型10MN复合材料液压机底座为研究对象,将结构筋板的布置位置与板厚度尺寸等参数一起优化,以获得质量最小而刚度最优的底座结构设计方案。首先,通过有限元分析了原设计结构的应力与应变情况。以此为基础,用Python语言建立了底座的几何参数化有限元模型,实现建模、仿真计算与结果后处理的自动化。确定以材料强度为约束条件,底座工作台面的每米最大变形量最小和底座总质量最小为优化目标函数。根据灵敏度分析,对底座中众多的几何尺寸和结构布置参数进行筛选,确定上面板厚度、底板厚度、纵向筋板厚度、横向筋板厚度、下横向筋板连接位置及上下横向筋板的间距,这6个参数作为主要设计变量。分析结果表明,横向筋板的厚度对底座的刚度性能及质量的综合影响最大。依据文献和工艺约束确定了上述6个主要设计变量参数的取值上下限,使用最优拉丁超立方法对设计空间进行采样,通过有限元分析获得目标函数的响应值,构建基于样本点数据的径向基神经网络近似模型;运用随机采样方法对近似模型精度进行验证,建立了以材料强度性能为约束,以总体质量和工作台面每米变形量值为目标函数的底座结构多目标优化模型;选择第二代非支配排序遗传算法求解并获得Pareto优化解。不同厚度的横向筋板对应着不同的筋板最优布置位置,横向筋板厚度从小到大变化时,筋板的布置趋向工作台面中线收缩,筋板分布更加均匀。最后从优化解中选取一个优化设计方案,经有限元分析验证表明:优化后,与其他板厚尺寸匹配下的横向筋板厚度为85mm,下横向筋板连接位置为240mm及上下横向筋板间距为439mm,工作台面每米最大变形量从0.144mm/m降至0.125mm/m,刚度提高了 13.2%,质量降低了4.5%,进一步提高了底座综合性能。

关键词：复合材料液压机筋板连接位置灵敏度分析近似建模多目标优化

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