基于Vague集和响应面模型的注塑工艺多目标优化

针对注塑工艺多目标优化问题,以塑件的翘曲变形量、顶出时体积收缩率和缩痕深度作为优化目标,选取熔体温度、模具温度、注射时间、保压压力、保压时间等工艺参数为试验因素,采用中心复合试验设计结合模流分析建立试验样本,利用Vague集方法计算各优化目标相似度,通过指标相关性的指标权重确定(CRITIC)法确定各优化目标影响权重,得到综合相似度;建立综合相似度与各工艺参数之间的响应面模型,运用灰狼算法进行工艺参数寻优,得到最优工艺参数组合。结果表明,将Vague集和响应面模型相结合的优化结果显著,为实际生产过程提供了有益参考。

基于响应面模型的智能台架供风系统开发

为解决瞬态工况下,汽车主动进气格栅(AGS)开度及风扇转速实时调整,换热器进风量时刻改变,热管理测试台架风机无法实时为换热器提供精准瞬态供风这一问题,应用计算流体力学(CFD)仿真技术,分析了换热器进风量与车速、AGS开度及风扇转速之间的关系,并构建了数学模型,模型预测误差小于6.6%。将该模型置于CANOE设备中,与VN1640设备及风机系统连接,可实时采集车速、AGS开度及风扇转速CAN信号,计算换热器进风量,从而控制风机输出相应风量,实现了台架风机为换热器提供精准、实时供风这一目标。

基于灵敏度分析与响应面模型的机床主轴箱优化设计

针对机床主轴箱结构优化设计中模型复杂及计算量大的问题,提出一种将灵敏度分析与响应面模型相结合的优化办法。以箱体壁厚和筋板尺寸为输入参数,主轴箱质量、最大变形、最大应力、1阶固有频率作为目标参数进行灵敏度分析,筛选出6个关键尺寸作为优化参数;采用最佳填充空间设计法和Kriging函数法构建主轴箱响应面模型,通过多目标遗传算法对响应面模型进行求解计算。最后对优化后的主轴箱进行有限元分析来验证求解的准确性,优化后的主轴箱质量减轻了13.58%。

基于响应面模型的安全箱卡扣强度优化

以安全箱卡扣为研究对象,首先,基于响应面优化理论,采用响应面设计(BBD,Box-Behnken design)法设计随机试验并构建回归方程,进行目标优化。其次,选取不同卡扣长度、宽度、厚度、底侧圆角作为参数进行模型设计,按照设计参数进行建模和有限元仿真分析;构建参数和响应量间的回归方程,以最大应力为优化目标进行优化求解。最后,对优化后的卡扣设计方案进行验证,可为卡扣设计探索一种新的优化设计方法。

基于响应面模型涡轮叶片冷却性能的数值研究

为了给我国自主研发涡轮叶片提供理论基础,基于试验设计和响应面模型对某型叶片的冷却性能进行了数值研究。对某型涡轮叶片的设计参数进行了试验设计,数值研究了主流出口压力、主流进出口压比、冷气与主流温度比及流量比对叶片表面的无量纲温度分布的影响规律,并根据响应面模型拟合得到了叶片平均无量纲温度的经验公式。结果表明:根据试验设计和响应面模型拟合得到的叶片平均无量纲温度的经验公式有较高的精度;在设计参数范围内,涡轮叶片的平均无量纲温度随着主流出口压力(120~140 kPa)和冷气与主流温度比(0.6~0.7)的增大分别提高了0.57%和2.81%,随着主流进出口压比(1.3~1.5)和冷气与主流流量比(3~8)的增大分别降低了1.14%和3.68%。

基于响应面模型的汽车气动特性优化

为综合改善某车型气动力系数,提出一种外形优化设计方案。首先采用Realizablek-ε湍流模型对汽车无侧风工况进行数值模拟,并结合风洞试验验证了仿真模型的可靠性。在此基础上,研究不同侧风角对汽车气动特性的影响,并以横摆角12°时的气动力系数为优化参考基准,通过均匀拉丁超立方抽取样本进行流场计算,应用响应面模型近似汽车造型参数与气动力系数的对应关系,基于遗传算法得到Pareto前沿解。最终确定了4种优化方案,最大分别使阻力系数降低2.6%、侧力系数降低6.54%、升力系数趋于负值,有效改善了汽车的气动特性。

基于二阶响应面模型和IPSO算法的注塑质量监测

温控显示器的外壳具有复杂的内部结构,在注塑成型过程中易产生体积收缩与翘曲变形,影响成型质量。基于该问题,提出了运用二阶响应面模型(RSM)与改进粒子群算法(IPSO)实现多目标优化。基于响应面试验设计与CAE模拟仿真得到试验样本,然后,采用Design-Expert软件构建试验因素与质量目标之间的二阶响应面预测模型。运用改进粒子群算法对模型进行迭代寻优,得到最佳工艺参数,并在Moldflow软件中进行模拟验证。结果表明,优化后的翘曲变形量为0.2746 mm,体积收缩率为5.623%,与未优化前相比,分别降低了34.84%和9.95%,优化效果显著,这表明,采用二阶响应面模型与改进粒子群算法相结合的寻优方法能够对注塑成型过程进行有效监测。

基于响应面模型与自适应遗传算法的中空型行波超声电机柔性转子结构优化

中空型行波超声电机柔性转子由于结构复杂,因此存在设计空间较小、转子与定子接触界面接触不均匀、转子变形后内应力较大等问题。该文首先利用有限元方法建立转子尺寸参数化有限元模型;然后用拉丁超立方(LatinHypercube)随机抽样法,在设计空间内建立响应面模型;最后,利用自适应遗传优化算法(self-adaptive genetic algorithm,SAGA)基于响应面模型得到设计空间内的全局最优解。为了验证优化结果的合理性,设计了定子外径为ф70 mm,陶瓷片内外径尺寸分别为ф55 mm和ф70 mm的超声电机配合该文设计的转子进行磨合实验。实验证明,经过优化设计得到的转子与定子之间接触更均匀,转子变形后内应力减小,转子变形空间更大。

基于响应面模型的白车身多目标轻量化设计

基于MSC/NASTRAN软件平台建立了某多用途汽车(MPV)白车身有限元模型。首先,利用相对灵敏度分析方法选取了19个白车身零部件壁厚作为轻量化设计变量;然后,采用拉丁超立方试验方法和一阶响应面模型方法建立白车身质量、弯扭刚度、一阶弯扭模态的近似模型,模型的复相关系值R2都接近1.0,模型精度高;最后,以白车身质量最小和扭转刚度最大为优化目标函数,弯曲刚度和一阶弯扭模态为约束条件,采用非支配排序遗传算法对白车身进行多目标优化。优化结果表明,轻量化后的白车身弯扭刚度、一阶变扭模态变化均小于1.0%,且在不改变用材的前提下,实现白车身减重6.4kg。

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.

不确定性参数识别的区间响应面模型修正方法

工程问题中总存在着不确定性,因此通过概率方法识别得到的结构参数更加可靠。但实际应用中往往缺乏足够的结构统计信息,同时可能要求了解的仅仅是参数和响应的极限值,此时采用非概率的区间分析方法则更为合适。结合响应面模型和区间算法提出了区间响应面模型,即先将响应面表达式转化为完全平方项,再引入区间变量,以避免区间运算过程中的区间扩张问题。利用区间响应的上下界建立优化目标函数,并构建区间优化反问题,然后直接基于区间响应面模型实现修正过程。该方法避免了复杂的区间参数灵敏度计算,使得区间模型修正问题得到简化,并大幅提高修正效率。通过对一个数值质量-弹簧系统和一组试验钢板的几何及材料参数的区间值进行识别,验证了所提出方法的可行性和可靠性。

基于响应面模型的结构疲劳寿命优化方法

针对基于疲劳寿命的结构优化耗时长的缺点,该文将抗疲劳设计方法和优化技术相结合,研究一种基于响应面模型的结构疲劳寿命优化方法。以飞机起落架为研究对象,采用动力学仿真获得子结构疲劳寿命分析的载荷谱。以拉丁超立方试验设计方法建立了疲劳寿命的二次响应面模型,实现了某型飞机起落架前撑杆结构疲劳寿命优化设计,使其疲劳寿命提高了5.4倍。优化结果验证了方法的有效性。

基于响应面模型的二维高超声速进气道优化

建立了二维高超声速进气道的响应面模型,样本点设计矩阵采用拉丁超立方试验设计法构造,样本数据通过二维粘性NS方程计算高超声速进气道流场来获得。基于进气道响应面模型,对进气道进行了多目标优化,优化后进气道在设计态和非设计态时均提高了总压恢复系数、流量系数和压升比,但也增大了阻力系数,总体上进气道综合性能有明显改善。计算表明,基于响应面模型的优化策略,能够满足进气道流道优化对计算精度和计算量的要求。运用多学科设计优化软件框架iSIGHT作为建模和优化的辅助工具,提高了优化设计的实现效率。

基于响应面模型的薄壁构件耐撞性优化设计

建立了薄壁构件的结构耐撞性优化模型 ,通过试验设计在设计空间中选择少量样本获得设计的响应特性 ,建立响应面模型 ,并应用Pareto遗传算法进行结构耐撞性的优化设计。

硫酰氟熏蒸除鼠的投药剂量与作用时间的响应面模型研究

目的 :广谱熏蒸剂—硫酰氟熏蒸除鼠的投药剂量与作用时间的关系研究 ;方法 :采用静式呼吸道吸入染毒法对各组大鼠进行熏蒸处理 ,观察中毒症状与死亡情况 ,运用二次响应面回归模型对实验数据进行拟合及预测 ,并经过现场模拟验证 ;结果 :响应面模型有高度的显著性 (P <0 0 0 0 1) ,总决定系数R2 =0 884,模型的一次项、二次项与交叉项均有统计学上的显著性意义 ,其决定系数分别为 0 5 0 9,0 3 5 0 ,0 0 2 6,以该模型预测所得的硫酰氟除鼠剂量与作用时间值为依据进行现场模拟试验 ,除鼠率均达到 10 0 % ;结论 :根据本次研究基本确定了硫酰氟熏蒸除鼠的投药剂量与作用时间的关系 。

基于响应面模型的广义空间切削稳定性研究

提出以机床立柱和主轴箱不同位置的组合为对象,采用试验设计结合响应面模型的方法研究机床在整个加工空间内的切削稳定性分布规律的方法.选择立柱和主轴箱在移动轨迹上的关键位置的组合作为计算样本点,在ANSYS仿真软件中对样本点的机床动力学特性进行分析.计算每个样本点的最小临界切削深度,建立反映位置特征与最小临界切削深度数值的二次多项式响应面模型,模拟在整个空间内的稳定性切削极限深度近似值,对该响应面模型的质量进行评价.以一台卧式高速加工中心为例,说明了机床立柱位置的变化对切削稳定性有较大影响,为结构和工艺的优化设计提供了理论依据.

响应面模型与混合优化算法相结合的锯片参数优化设计

针对传统算法在锯片声学特征优化中的局限性,提出了一种将二阶响应面模型与混合算法相结合的优化设计方法。在设计区域内应用D-optimal试验设计法抽取样本点,分别通过显式算法获取锯片声学、应力响应以及隐式算法获取锯片变形量,并用试验验证了数值模型的准确性,然后建立了由6个变量参数所决定的锯片的声学、应力以及刚度的二阶响应面模型;利用自适应模拟退火法和蛙跳混合算法对响应面模型进行循环逼近,获得了设计变量影响度以及最优结果。结果表明,在保证刚度和应力许可条件下,通过有限次数值分析,经全局优化后的最佳结构可降低空载噪声4~7dB。数字算例表明,该方法适用于旋转类刀具的声学性能优化设计。

响应面模型的大口径空间反射镜优化

对于采用多点支撑的大口径空间反射镜,反射镜支撑点位置的最优布局是提高反射镜面形精度的重要方面。在Isight优化平台上,应用响应面近似模型对某2 m空间反射镜进行了支撑点位置优化。首先,利用经典理论公式确定的支撑点位置进行了反射镜结构初步设计;其次,利用Isight软件过程集成和流程自动化功能,建立了包括反射镜有限元模型更新、计算、评价的优化平台;最后,采用响应面近似模型研究了反射镜的支撑点位置优化问题,建立了光轴方向重力工况下反射镜面形精度rms与支撑点位置的关系。结果表明,优化后反射镜面形精度rms值为7.3 nm,比初始rms值23 nm减小了68.3%,优化后结果满足项目指标要求。所提出的优化方法提高了反射镜设计的合理性和效率,为大口径反射镜结构优化提供了一种新的思路。

基于响应面模型的仪器外壳注塑成型工艺混合优化

以某仪器外壳注塑件为研究对象,选取熔体温度、模具温度、注塑时间、保压压力等工艺参数为设计变量,以翘曲变形值和体积收缩率为优化目标,通过响应面法实验设计和注塑成型有限元分析获得实验样本,采用Design-Expert软件建立设计变量与优化目标之间的响应面模型,分析计算后预测出优化结果,通过仿真模拟实验及试模注塑验证了预测结果的正确性。结果表明该方法可以有效实现注塑成型工艺优化,为企业产品同类成型问题的解决提供了借鉴和参考。

基于响应面模型的波瓣混合排气系统近似模型研究

基于Navier-Stokes方程组对涡扇发动机波瓣强迫混合排气系统进行了数值模拟,获得了波瓣尾缘位置内、外涵流通面积与内、外涵入口位置流道截面积相等时,不同波瓣高宽比对波瓣混合排气系统性能参数以及结构参数的影响规律。并以此为基础,采用不同阶数的多项式响应面模型建立了波瓣性能参数随高宽比变化的近似模型。在多项式响应面模型拟合精度方面,相对于二阶、三阶多项式响应面模型,四阶多项式响应面模型能够较好地反映出热混合效率、总压恢复系数、排气系统相对推力、波瓣混合器相对质量随波瓣高宽比的变化规律,其拟合结果与数值仿真结果也相差极小。在波瓣高宽比对混合排气系统性能影响方面,在混合排气系统出口截面处,随着波瓣高宽比的增加,热混合效率在"波浪状"的变化规律中整体呈现出"增大-减小"发展趋势,总压恢复系数则呈现出"缓慢增加-迅速降低-增加-迅速下降"的复杂变化趋势;在排气系统相对推力方面,当高宽比大于3时,虽然相对推力呈现出波浪形的变化趋势,但变化值极小;对于波瓣混合器的相对质量,随着高宽比的增加,波瓣混合器的相对质量逐渐增大。