基于改进响应面法的齿轮可靠性优化分析

为解决传统齿轮可靠性优化流程中引入的安全系数无法准确的反映齿轮可靠性水平以及在分析过程中无法找到各参数影响程度的问题,提出一种基于改进响应面与有限元相结合的可靠性优化分析方法。首先,采用改进响应面方法获取实验设计点,通过有限元软件获取实验数据建立设计矩阵;其次,通过MATLAB建立改进响应面方程,分析方程拟合优度;最后,将实验数据导入可靠性仿真模块进行可靠性优化仿真,通过拉丁超立方抽样得到齿轮可靠度。实验结果表明,改进响应面方程与传统响应面方程误差相当。优化后的齿轮结构可靠度相比优化前提高了6.35%,优化后最大等效应力降低了6.81%,质量降低了2.12%。改进响应面与有限元结合的方法可靠性优化效果最佳。

基于响应面的悬浮火箭协同优化设计

针对悬浮火箭的多学科、强耦合的特点,利用飞行器多学科设计优化建立导弹推进、控制学科优化模型及系统优化模型,以延长悬浮时间为目标提出一种基于改进的响应面协同优化方法。通过试验设计和响应面近似技术,分别建立复杂系统的目标函数及多学科一致性等式约束响应面,利用改进的协同优化构架进行寻优计算,结合优化结果丰富目标函数响应面样本,提高目标函数精度。结果表明,该方法能快速收敛到最优结果,优化后火箭的悬浮时间延长了11.5%、机动距离增加了3.7%、进入悬浮姿态时间提高9.4%。该方法实现了悬浮火箭的多学科优化,达到了优化目的,提升了火箭性能。

基于响应面方法的车辆多目标协同优化

建立包含7个子系统的某整车动力学仿真模型,以整车的操纵稳定性和行驶平顺性达到最佳匹配为目标,整车的悬架刚度和减震器的阻尼以及稳定杆的扭转刚度为优化变量,在ADAMS/CAR环境下进行仿真。根据中国汽车行业标准QC/T 480—1999和GB/T 4970—2006,分别以操纵稳定性的4个闭环评价指标和平顺性的随机路面评价指标的综合计分为目标函数,以相应计分的最大、最小值作为约束函数建立协同优化的数学模型。然后采用中心复合试验方法设计59组试验,根据实验数据,运用响应面方法(RSM)拟合出回归模型,得到最优值。仿真结果表明该优化方法使汽车的综合计分提高了13%,操纵稳定性和平顺性同时得到优化。

基于响应面法的悬架结构改进及优化设计

为改善整车平顺性和操纵稳定性,将某军用特种重型汽车的前悬架系统由非独立悬架改换为独立悬架,并更改了悬架弹簧的结构形式。从悬架系统与整车匹配分析的系统动力学模型出发,揭示出整车平顺性、操纵稳定性与悬架弹簧刚度及定位点坐标之间的直接定量关系,并进一步建立其二阶响应面近似模型。在此基础上,权衡整车平顺性与操纵稳定性,建立悬架系统的优化设计模型并加以求解。最后,在ADAMS/Car平台上进行仿真试验,验证了结构改进及优化设计的有效性。

面向约束优化的改进响应面法在车身轻量化设计中的应用

轿车车身轻量化设计是一个多约束的复杂系统优化问题,且必须满足各项车身结构性能,其中碰撞安全性是先决条件。实际中普遍采用试验设计和响应面法相结合的手段开展轻量化研究。针对传统响应面法拟合约束函数易引起优化解落在非可行域内的缺陷,提出一种面向不等式约束函数的改进响应面法,使近似约束边界分布在可行域中,得到能够满足设计约束的优化解,数值算例验证了改进响应面法在处理约束优化问题中具有比传统响应面法更为明显的优势。将其应用到车身轻量化设计中,结果表明,基于本研究提出的改进响应面法的轻量化方案优于传统响应面法,整车耐撞性能得到提高的同时实现车身前部结构减重21.4%,为开展车身轻量化设计研究提供可借鉴的方法。

响应面法优化超声波微波协同提取树莓多酚工艺研究

响应面法优化超声波微波协同提取树莓多酚的工艺进行研究,在单因素试验的基础上选取提取时间、提取温度和乙醇体积3个因素,以树莓总多酚含量为响应值,进行响应面优化试验确定最佳工艺参数。结果显示三因素对树莓多酚提取影响力的主次顺序为:提取时间>乙醇体积分数>提取温度;响应面优化的工艺条件为:提取时间22 min,提取温度30℃,乙醇体积分数60%,在此工艺条件下树莓多酚含量为(76.85±0.084)mg/g。

响应面法优化超声-微波协同辅助提取金柚幼果总黄酮工艺

利用响应面分析法对金柚幼果黄酮的超声-微波协同辅助提取工艺进行优化。分别研究提取过程中微波功率、超声波功率、液料比和提取时间4个因素对金柚幼果总黄酮得率的影响,并对这4个因素做四因素三水平的响应面分析。结果表明,最优提取工艺参数是微波功率为410 W,超声波功率为420 W,液料比为11∶1(mL/g),提取时间为42 min。在最优工艺下,总黄酮的提取率达68.57%。

基于序列响应面方法的协同优化算法

分析了响应面协同优化的计算结构 ,指出影响计算结果准确度的因素 ,即计算过程中存在选择响应面样本点及响应面更新的问题 ,这是两个相互耦合的问题。分析了产生这个问题的原因并提出了一种将修正的置信域方法与中心组合设计相结合的序列响应面算法 ,系统地解决了这个问题。仿真算例表明由该算法得到的结果有很高的精度与鲁棒性 。

改进的响应面方法在二维连续体形状优化中的应用

在二维连续体结构形状优化中,采用响应面方法近似求解约束的敏度来建立模型:根据结构分析的响应值,可以拟合出复杂响应对设计变量的显函数。为克服各试验点的拟合值与结构真实响应值之间的误差,发展了一种在中心试验点精确拟合的方法,提高了模型的精度,收到了良好的效果。

基于改进响应面模型的冲压回弹工艺稳健性优化

为了减少汽车覆盖件在冲压成形过程中由于不确定因素带来的质量波动问题,针对梁类件自由回弹的问题,将正交试验法与响应面法相结合,以减小自由回弹为优化目标,工艺参数为设计变量,构建评价指标与设计变量之间的响应面模型;并针对响应面精度不足的问题,将以高斯为核函数的径向基函数用于重构响应面模型,以提高响应面的精度与阶次;在此基础上,将近似模型、蒙特卡洛模拟法与遗传算法相结合,建立了稳健性优化模型。通过实例分析,经过稳健性优化之后,零件自由回弹的最大值减小了37.01%且稳健性得到了显著提高。

响应面法优化超声-微波协同提取黄芩中黄芩苷工艺的研究

为了优化超声-微波协同提取黄芩中黄芩苷的工艺,试验利用Box-Benhnken中心组合设计原理和响应面分析法,在单因素基础上,以黄芩苷提取得率为响应值,选取乙醇浓度、料液比、微波频率和提取时间4个因素,研究各因素及其交互作用对黄芩苷提取得率的影响。结果表明:黄芩苷的最佳超声-微波协同提取条件为乙醇浓度71%、料液比1∶17、微波功率617 W、提取时间8 min,在此条件下,黄芩苷的提取得率为13.18%,与理论值(13.21%)的相对误差仅为0.25%。

基于改进的连续局部枚举采样和径向基函数响应面法的变压器静电环结构优化设计

变压器的安全稳定运行与其内部绝缘结构密切相关,为了提高变压器的绝缘性能,该文以提高最小绝缘裕度为优化目标,通过径向基函数响应面模型优化变压器主绝缘结构。为提高响应面模型预测优化的准确性,选用采样更均匀改进的连续局部枚举(ELSE)方法进行试验设计,优化后的变压器最小绝缘裕度比优化前提高了12.56%。将优化结果分别从采样、模型和优化方法三个角度进行对比,与拉丁超立方采样(LHS)采样下的径向基函数响应面模型对比,ESLE方法的引入使得优化精度提高到218倍;与ESLE采样下的二次多项式响应面模型对比,径向基函数响应面模型的引入降低了模型预测误差,并使优化精度提高到78倍;与遗传算法对比,在相同的优化精度下,优化效率是遗传算法的10倍。上述结果表明,该优化模型具有很高的预测精度和优化能力,同时相比于遗传算法优化,在保证优化质量的同时,显著地提高了优化效率。该文所提出的方法为变压器主绝缘结构优化问题提供了较好的解决方案。

响应面法优化超声协同复合酶分步提取恰玛古多糖工艺

以恰玛古多糖得率为指标,在超声提取及复合酶酶解单因素实验基础上,采用响应面法探究超声协同复合酶分步提取恰玛古多糖的最佳工艺条件。结果表明,超声协同复合酶分步提取恰玛古多糖的最佳提取工艺为:液料比33∶1 m L/g,超声温度62℃,超声功率250 W,超声提取43 min后加入2.5%的复合酶(纤维素酶∶木瓜蛋白酶∶果胶酶=1∶1∶1,质量比),酶解pH5.4,酶解温度50℃,酶解时间52 min,在此条件下,恰玛古多糖得率为12.62%±0.18%。超声协同复合酶提取恰玛古多糖的得率较高,且工艺简便易行,适用于恰玛古多糖的提取。

基于响应面更新的飞行器协同优化方法

飞行器总体设计是一项复杂系统工程,多专业、强耦合是其特点。针对飞行器总体快速设计需求,提出基于响应面更新的协同优化方法。通过将临时最优解纳入输入输出样本对方法,逐步更新响应面模型,并利用协同优化方法对复杂系统进行分解寻优。以某飞行器为应用对象进行优化设计,结果表明该方法能够快速获得最优解,提高求解效率。

对协同优化及其响应面方法的研究

本文论述了复杂系统及多学科优化中的协同优化思想和数学模型,指出了协同优化中的一个突出问题,即学科不一致、实际运用中需要对其进行协调处理的局限性。论述了解决学科不一致问题的二次响应面近似方法思想及算法。通过一个实例,介绍了运用二次响应面近似法的方法,仿真了优化过程,验证了二次响应面方法在系统级优化上迭代次数较少,在学科优化上却相对要多的特征。

纳米TiO2@酵母碳球对盐酸四环素的吸附-光催化协同效应及响应面优化

通过生物自组装法制备得到纳米TiO2@酵母碳球复合光催化材料,采用扫描电子显微镜和X-射线衍射仪对样品进行表征。以盐酸四环素作为目标污染物,分析了TiO2负载量对样品光催化性能的影响,同时对酵母碳球与纳米TiO2之间的吸附-光催化协同效应进行了分析和评价。实验结果表明:纳米TiO2在酵母碳球表面的负载显著地提升了纳米TiO2@酵母碳球的光催化性能,当纳米TiO2与酵母质量比为1∶1时,所制备的TiO2@酵母碳球对盐酸四环素的光催化效果最佳,具有较好的吸附-光催化协同效应。响应面优化实验表明:当反应温度为40.2℃,pH为5.89,催化剂、盐酸四环素的浓度比为0.76时,体系对盐酸四环素的光催化降解率达到90.86%。

基于响应面近似技术的平流层飞艇协同设计优化

针对平流层飞艇多学科设计优化问题,引入协同优化算法,分析基于响应面近似模型的协同优化方法CO/RSA的执行步骤和特点,并介绍响应面近似模型的构建方法;建立平流层飞艇各学科模型,并对学科间耦合关系进行分析;运用建立的气动/推进、结构、能源三个耦合子系统的学科分析模型和系统优化模型,以平流层飞艇总质量最小为优化目标,综合考虑浮重、推阻和能源平衡,采用CO/RSA方法对平流层飞艇进行设计优化。结果表明:所建立的平流层飞艇的MDO模型是合理的,CO/RSA算法应用于飞艇总体设计优化是有效的,研究结果可为平流层飞艇方案论证和方案设计提供参考。

基于响应面法的独柱墩钢盖梁结构设计优化

为了使得独柱墩桥梁结构加固设计的经济效益最大化,以某独柱墩采用钢盖梁加固设计项目为工程背景,基于响应面法,以钢盖梁结构的应力峰值的最小值以及位移峰值的最小值为目标函数,将钢板厚度以及工程成本作为约束条件建立了数学优化模型,并根据工程情况确定了优化方案。结果表明:基于改进的加权粒子群优化算法(WPSO)进行寻优,钢盖梁结构优化后,其应力最大值从126.6MPa下降至112.9MPa,下降幅度较为明显;优化后结构的整体安全性能与承载力得到较大的提高,而结构的成本大致相同,可为实际工程中类似项目提供参考。

基于改进响应面法的纯电动客车车身结构优化设计

建立基于试验设计理论和改进响应面的纯电动客车车身结构优化设计方法。以研发的纯电动客车车身结构为初始模型,使用参数化设计方法,得到纯电动客车车身结构模型。该方法以ANSYS/Workbench有限元软件的计算结果为基础,针对纯电动客车车身4个封闭力环在车身的位置为控制参数,由拉丁超立方优化设计所得的30次试验及改进响应面方法分析确定筛选参数进而得到最优设计点。根据结果构造车身封闭力环的控制参数与多目标函数的响应面近似模型,分析参数间的交互效应,基于微粒子群算法,建立以应力和1阶模态最小为目标的优化模型,模型应力由优化前的108MPa降低为优化后的91 MPa。对最优设计点的力环位置进行试验研究,得到有限元分析结果计算值与响应面近似值吻合,同时降低了整车振动,提高了乘坐人员的舒适性。表明基于试验设计和响应面的优化设计方法可用于纯电动客车车身结构优化设计,对新能源汽车车身设计提供了理论依据。

基于改进络合铁法的含硫化氢尾气处理工艺模拟与优化

目的有效处理含硫尾气,确保装置“安、稳、长、满、优”运行。方法采用Aspen Plus V11软件基于Peng-Robinson热力学模型对改进络合铁装置的H_(2)S处理过程进行了全流程模拟,并根据Box-Behnken Design对其进行了响应面设计,得到了最佳H_(2)S脱除率及其对应的优化操作参数。结果此模拟流程能够较好地反映改进络合铁装置的实际运行情况,可以作为后续优化研究的基础模型。当循环溶液温度为47.2℃、循环溶液中Fe^(3+)质量分数为8.4100%、循环溶液体积流量为3.12 m^(3)/h、电解槽电压为0.64 V时,改进络合铁装置的H_(2)S脱除率高达99.999988%。此时,外排气中H_(2)S质量浓度为9.5 mg/m^(3),完全可以满足外排气中H_(2)S质量浓度不大于10 mg/m^(3)的约束条件;t检验结果表明,采用响应面法优化得到的预测值和验证值之间不存在显著差异,其准确度一致。结论该研究结果可为进一步提升含H_(2)S尾气处理水平提供准确、可靠的理论支撑和数据来源。