大型的五水平空间填充设计的构造

大型的五水平空间填充设计因其实际应用需要被广泛关注,其构造方法也成了亟须解决的问题.基于因子的水平置换和折叠反转,从较小规模的五水平设计出发,构造具有优良性质的大规模五倍设计.首先,基于离散偏差建立了五倍设计的离散偏差值与初始设计相遇数之间的关系,并获得五倍设计的一个紧的下界;其次,基于E(f_(NOD))准则建立初始设计与五倍设计之间的关系,并给出五倍设计关于E(f_(NOD))的一个下界;最后,通过数值例子进一步支撑所获得的理论结果.

序贯最大最小距离设计的空间填充性

最大最小距离设计是计算机试验中常用的一种空间填充设计。讨论序贯最大最小距离设计的空间填充性质,证明在样本量趋于无穷时,这种序贯设计中的点在试验区域内达到稠密.

电控柴油机标定中空间填充试验设计的应用研究

本文通过空间填充试验设计得到75个工况点,然后在一款电控高压共轨柴油机仿真模型上进行虚拟试验,得到发动机控制参数输入和性能输出的数据库,基于输入输出性能数据库建立的响应模型,经验证具有很好的预测精度且满足建模要求。

新能源商用车电池框架轻量化设计

为了提高新能源商用车的续航能力,对其后背式电池框架进行轻量化设计。使用NSGA-Ⅱ算法进行优化设计,建立优化模型并验证其力学性能,选择优化设计变量,采用最佳空间填充设计(OSF)进行实验设计获得初始样本点,并选取验证点与建立的克里金(Kriging)模型进行拟合分析,判断Kriging模型的准确性且进行响应面优化,通过NSGA-Ⅱ算法建立优化模型,寻找最优的解集,完成对电池框架的轻量化设计,并对优化结果进行验证分析得出:电池框架在极限工况且满足强度的情况下最大应力增加了4.72%,质量减少了8.6%,达到了轻量化设计的目标。

一类正交拉丁超立方体设计二维投影均匀性的研究

正交拉丁超立方体设计(Orthogonal Latin hypercube designs, OLHDs)适用于计算机试验,是具有列正交性的一类空间填充设计。本文讨论了试验次数一般的一类正交拉丁超立方体设计在二维空间的投影均匀性,即在二维网格上的分层性质。结果表明该设计的所有列对都可以实现在s × s网格分层;来自相同组连续不相邻的列对可以实现在s × s2和s2 × s网格上分层,某些列对还能实现在s2 × s2网格上的分层。The Orthogonal Latin hypercube designs (OLHD), which is a class of space-filling designs with column orthogonality, is suitable for computer experiments. In this paper, the projection uniformity of a class of OLHDs with more general run sizes in two dimensions is discussed, i.e., the grid layering properties. The results show that the design can achieve stratifications on s × s grids in any two dimensions;most column pairs can achieve stratifications on finer s2 × s and s × s2 grids when the two columns are from the same group that are not adjacent to each other, and some column pairs achieve stratifications on s2 × s2 grids.

基于响应面法的机载光电集成箱优化设计

机载光电集成箱在战斗机飞行过程中面临振动、冲击等恶劣工作环境。本文旨在提高光电集成箱抗振动干扰能力和结构可靠性,以减少最大变形量和提升结构一阶模态频率为目标,对光电集成箱进行多目标优化设计。根据加速度过载极端条件对原始光电集成箱三维模型进行特定载荷下的静力分析和普通约束条件下的模态分析;采用最佳空间填充设计法(OSFD)法进行实验设计,提取结构设计参数并建立样本空间,响应面模型运用Kriging法进行构建;以最小化结构变形量、提升结构第一阶模态频率作为优化目标,以结构等效应力和质量为约束条件,运用MOGA遗传算法对构建响应面模型进行了优化求解,得到响应面模型最优解,最后对模型进行参数化重构和验证。优化结果显示:经过优化后的光电集成箱,最大变形量减少了44.02%,基频提高了33.6%,质量减少了8%,有效地提升了光电集成箱的动力学性能和可靠性。

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。

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。

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。

基于数理统计方法的锂电池电解液电导率优化设计

离子电导率是评估锂离子电池电解液性能的重要特征参数,直接影响着电池的低温、倍率等性能,在电解液的设计中极具指导价值。传统的电解液研发模式主要基于经验和实验的“试错法”,存在变量多、实验成本高、开发周期长等问题。针对以上问题,本工作提出了一种结合空间填充混料设计与高斯过程回归的电导率优化设计方法,以包括环状碳酸酯(EC)及不同种类线性碳酸酯、羧酸酯的电解液溶剂组成作为模型的输入,电导率作为模型的输出,并运用最大似然估计求解超参数;通过后续实验验证了模型的有效性,并可预测满足任意电导率要求的电解液溶剂配方。

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GBDT算法的柴油机性能预测

柴油机作为一种多输入多输出的高复杂度与耦合度系统,难以用精确的物理与化学模型准确描述。通过空间填充设计采集训练数据集,采用GBDT(Gradient Boosting Decision Tree,梯度提升决策树)算法构建了柴油机有效燃油消耗率(BSFC)、NO_(x)和CO预测模型,并对模型进行了验证。结果表明:预测模型收敛速度较快;BSFC,NO_(x),CO拟合程度R^(2)分别为0.981,0.993,0.992;预测值平均相对误差为0.81%,3.68%,2.95%;模型生成的BSFC,NO_(x),CO响应与真实柴油机趋势具有一致性;预测模型有较高的精确度和稳定性。梯度提升决策树算法对柴油机建模有较高的适应度,能够有效解决多特征高维非线性柴油机系统问题,为柴油机性能预测建模提供了一种行之有效的方法。

Wasserstein空间最大最小距离设计的构造及其近似算法

文章研究了Wasserstein空间中空间填充设计的构造问题.文章将Wasserstein空间通过参数化进行有限维逼近,将最大化设计的最小Wasserstein距离这一优化问题转化为近似的有限维问题,再提出了一个坐标下降算法对其求解.数值算例和在地铁仿真中的应用表明所提出的算法能得到具有优良空间填充性质的设计方案.

基于响应面模型的螺旋迷宫泵结构优化

针对螺旋迷宫泵效率偏低的问题,以迷宫泵的效率、轴功率和扬程为目标函数,以泵的结构参数为优化参数,建立了基于试验设计和响应面估值的螺旋迷宫泵结构优化模型。首先通过尺寸关联性将迷宫泵的结构参数进行合理简化,将16个设计参数简化为11个,然后进行参数灵敏度分析确定需要优化的9个重要结构参数。采用优化空间填充设计法对优化参数进行组合生成样本点。最后通过神经网络型响应面和多目标遗传算法对螺旋迷宫泵进行结构优化,并在符合条件的结构参数组合中,根据实际需求选取其中一个作为优化结果的最终解。研究结果表明,螺旋迷宫泵定子和转子的结构参数之间存在交互性影响,相较于原模型,优化后的迷宫泵效率提升了90.06%,扬程提升了77.34%。研究结果可为螺旋迷宫泵结构的进一步优化提供参考。

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%。

混料切片试验设计

混料试验设计在众多领域中都有广泛的应用,有时试验者不仅仅需要考虑各混料成分所占比例对响应变量的影响,同时还关心其它被称为过程变量的因素.在实际中,对于这类问题通常使用的设计方案是混料设计和因子设计的组合设计.这种组合设计在过程变量的不同水平组合下,使用的是相同的设计阵,因此空间填充性较差.基于混料球体堆积设计,文章提出了一类新的混料设计,称之为混料切片设计,它的整体设计和所有子设计(过程变量的每一水平组合对应的混料设计)都具有很好的空间填充性,从而比组合设计有更好的模型稳健性.基于同余子群的陪集分解方法,针对过程变量水平组合数的不同情况提出了相应的简单快速的构造算法,文章最后的数值例子解释了算法的可行性和设计的有效性.

嵌套拉丁超立方设计的优化

由于嵌套拉丁超立方设计(nested Latin hypercube design,NLHD)在整个设计区域中并不总具有很好的空间填充性,文章提出了一个分层加强随机进化算法对NLHD进行优化,提高它的空间填充性.该算法优先考虑在实际中更重要的底层设计,逐层优化后得到最终的NLHD.提出了三类基本操作来搜索更好的设计,并保证了每步更新后的设计依然保持NLHD的结构.算例表明该算法速度快,效率高.

列正交强正交阵列的构造

在计算机试验中,强正交阵列比一般的阵列具有更好的空间填充性质.强度为2+、2*、3-和3的强正交阵列可以改进低维的空间填充性质,列正交性在计算机试验中起着重要作用.本文利用差矩阵和线性码的生成矩阵构造强度为2+、2*、3-和3的列正交强正交阵列.与已知的结果相比,本文构造的列正交强正交阵列具有更多的因子数.