基于NURBS曲线的超高速电梯导流罩多目标气动优化设计

随着电梯梯速的提高,轿厢受到的气动阻力和升力越来越大,这不仅制约着梯速的进一步提高,也成为影响电梯舒适性和安全性的关键因素。为优化电梯的气动性能,利用NURBS曲线构建了包括导流罩、轿厢、对重和井道的电梯系统参数化模型。以气动阻力系数C_(d)和气动升力系数C_(l)为优化目标,利用敏感性分析筛选出对优化目标影响最大的4个关键设计参数。通过网格独立性检验选取合适的仿真计算网格,为缩短计算时间,结合最优空间填充设计的样本点建立Kriging模型对导流罩进行多目标优化,得到一系列Pareto解,并对优化前后导流罩的气动性能进行了对比分析。结果表明,降低导流罩侧面和后部凸凹度,增大导流罩总高和后部高,可以改善电梯系统的气动性能,优化后导流罩的C_(d)减小26.67%,C_(l)减小34.27%,并且在不同梯速下具有较好的适用性。

基于OSF和RSM的轻轨独立轮轴桥优化设计

基于目前机械结构优化设计未充分考虑结构动态特性对综合性能的影响以及工程优化设计效率低下的问题,提出了响应面模型仿真实验方法。通过结合最优空间填充设计和Kriging插值思想构建机械结构优化设计初始代理模型,并利用试验设计方法、误差较大区域加密优化、近似最优解局部加密处理以及内外层更新迭代思想,建立了在局部区域和全局空间内都具有较高近似精度的Kriging模型。在此基础上,基于筛选优化算法和多目标遗传算法得到目标函数的Pareto最优解。最后用轻轨用轴桥结构优化设计实例验证了该方法的有效性。

圆柜内机缓冲衬垫多目标优化设计

目的基于有限元软件研究圆柜内机包装件静态载荷下的力学特性,并进行多目标优化设计。方法利用CREO建立三维模型、ANSYS Workbench建立有限元模型,对圆柜内机包装件进行静力学分析。以上缓冲衬垫的5条筋条厚度和2侧壁厚作为设计变量,以上缓冲衬垫的质量、包装件的最大变形量和最大等效应力作为目标函数建立优化模型。基于OSF试验设计方法和Kriging模型,采用多目标遗传算法进行多目标优化设计。结果优化前的包装件最大变形量为1.5113 mm,最大等效应力为0.3276 MPa。优化后包装件的筋条和侧壁厚度显著降低,上缓冲衬垫质量减少了27%,整体强度无显著降低。结论建立的多目标优化设计方法合理且Kriging模型精度较高,在保证缓冲防护效果的基础上,实现了轻量化设计,降低了包装成本。

基于Kriging修正模型的铁路捣固镐优化

捣固镐是一种输出高频冲击运动的小型铁路养护机械。国内对捣固镐的设计理论研究较少,目前所采用的机械结构优化设计方法未充分考虑结构动态特性对综合性能的影响。本文提出了响应面模型的仿真实验方法,基于捣固镐零件的结构特点及仿真实验,结合Kriging插值思想和最优空间填充设计抽样构建了机械结构优化设计的初始代理模型;并通过全局精度检验点、局部误差较大区域加密以及近似最优解样本点修正思想,建立了在全局空间和局部区域都具有较高精度的Kriging模型,使用多目标遗传算法得到代理模型的Pareto最优解;最后利用仿真平台对优化后的模型进行对比分析,验证了该方法的有效性。

基于Workbench的风机塔门强度分析及优化

针对某MW级风力发电机组风机塔架椭圆形塔门,首先使用Workbench平台建立其有限元模型,并基于初始设计模型进行了强度分析;然后采用SolidWorks对影响塔门应力的全部几何参数进行参数化建模,并通过最优空间填充设计(OSF)方法进行实验设计;接着建立Kriging响应面模型,分析各设计变量对门框质量和等效应力的影响;最后基于遗传算法,以塔门质量及等效应力最小为目标进行多目标优化。结果显示,塔门质量减轻了34.8%,塔门强度安全余量提高了11.4%。

基于Kriging模型的调心滚子轴承优化设计

为了提高调心滚子轴承的综合性能,对其结构参数进行分析和优化设计。首先,建立满足精度要求的轴承单个滚子静力学模型。然后,选取接触角、滚子半径、滚子长度和滚子轮廓半径作为设计变量,以接触应力最小、切应力最小和质量最小为目标函数,考虑几何结构的约束,采用最优空间填充设计(OSF)进行试验设计。基于试验设计的结果,采用Kriging模型建立目标函数的响应面优化模型,并通过自适应细化和手动细化两种方法来提高模型的精度。最后利用多目标遺传算法(MOGA)得到最佳优化结果,并通过设计变量对目标函数的影响分析和目标函数对设计变量的局部敏感度分析来验证优化结果的可靠性。结果表明:优化结果可靠且优化后模型的接触应力、切应力和质量分别降低了15.17%、32.13%和0.47%。