基于响应面近似模型的汽车后桥桥壳优化

为进一步提高汽车后桥桥壳的设计强度和疲劳寿命进而提升整车性能,运用多体动力学软件ADAMS建立整车动力学模型,将后桥的三维模型与桥壳材料、单元类型相结合进行有限元网格划分,并针对Bump工况进行ABAQUS有限元静力学分析,然后采用响应面近似模型对汽车后桥桥壳进行优化.结果表明:优化后后桥桥壳在极端工况Bump下的最大应力为45. 76 MPa,相比优化前减少了约10%,疲劳寿命延长了约17%,优化效果明显.

响应面模型在结构疲劳优化设计中的应用

利用响应面模型和结构疲劳寿命可视化技术,给出了一种基于疲劳寿命的结构优化设计方法。通过某飞机起落架扭力臂疲劳寿命优化设计算例,验证了方法的有效性。该方法对工程中结构的疲劳优化设计具有重要的参考价值。

基于RSM近似模型的客车车架稳健性设计

为提高客车性能的稳健性和约束的可靠性,选取城市客车最危险的扭转工况,对客车车架进行了有限元分析计算,利用最优拉丁超立方试验设计对初始变量进行灵敏度分析,筛选出对响应影响较大的15个设计变量;基于RSM近似模型,采用下山单纯形法算法对车架进行确定性优化,得到一组最优解;以确定性优化解作为初始值,结合最优拉丁超立方试验设计方法与下山单纯形算法,以质量最小以及它们的标准差和均值最小为目标进行多目标稳健性优化,可供汽车车架轻量化设计参考。

近似模型在非均匀环肋圆柱耐压壳优化中的应用研究

为提高潜水器耐压壳的稳定性和材料的利用率,该文在圆柱耐压壳设计中引入了非均匀肋骨布置方案,采用不等刚度不等间距分布的肋骨形式。在优化过程中,引入了近似模型技术,提出基于近似模型的非均匀环肋圆柱壳结构优化设计方法,通过试验设计在设计空间内选取样本点,建立近似模型,并以此搭建了近似模型优化策略对环肋圆柱耐压壳进行优化。研究结果表明,对于非均匀环肋圆柱壳采用合理的肋骨布置方案能有效地提高其力学性能及材料利用率;二阶RSM近似模型和RBF近似模型均能合理反映样本空间的样本点,基于近似模型优化方法能以较小的计算量克服优化过程中出现的数值噪声和错误。良好的优化结果表明该优化方法具有广泛的应用前景和空间。

基于响应面法的驾驶室白车身仿真分析与模型修正

采用SFE-CONCEPT建立隐式参数化模型,针对目前依靠经验法对模型修正效率低的问题,以驾驶室白车身的部分地板参数作为变量,以各目标仿真值与实测值之间的误差为目标,采用响应面近似模型与NSGA-Ⅱ优化算法,建立白车身模型修正的流程,为后续的优化分析做好准备工作。

基于组合近似预测模型的袋式除尘器流场优化

为实现袋式除尘器分风均匀性的自动优化设计,利用Fluent进行仿真计算,构造响应面近似预测模型,通过iSIGHT集成,采用拉丁试验规划、响应面近似预测模型与多岛遗传算法(MIGA),探索袋式除尘器自动优化设计的可行性;并以整流栅为例验证了近似预测模型方法对袋式除尘器流场的自动优化的有效性。结果表明:优化后综合流量不均幅值,由原来的0.332降低到0.210,减少了36.7%,且近似预测模型与有限元模型计算的结果偏差在15%以内。

基于响应面法的燃料电池商用车储氢系统多目标优化设计

以某燃料电池商用车储氢系统为研究对象,为提升其抗冲击能力和满足结构轻量化设计要求,利用HyperMesh软件建立储氢系统有限元模型,对其结构进行多目标优化设计。依据GB/T 26990—2011要求对储氢系统进行仿真分析,仿真分析结果表明,氢气瓶与固定部件的相对位移小于13 mm,固定部件强度、刚度均满足国标要求;但氢气瓶受向上8 g冲击力时储氢系统框架的最大应力超过材料屈服强度。结合储氢系统结构质量分布情况,选取储氢系统框架关键部件厚度作为设计变量,以储氢系统质量和氢气瓶受向上8 g冲击力时框架最大应力为优化目标,运用最优拉丁超立方试验设计,建立响应面近似模型,最后采用第二代非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II,NSGA-Ⅱ)进行多目标优化。结果表明,优化后储氢系统的质量减少了3.6%,氢气瓶受向上8 g冲击力时储氢系统框架最大应力减小了20.2%,满足强度、刚度要求,优化后的框架设计更加合理,储氢系统结构安全性和轻量化程度均得到提升。

基于简化模型的B柱抗弯性能优化

B柱作为汽车侧面碰撞中主要受力构件,其抗弯性能设计在汽车侧围耐撞性研究中尤为重要.在B柱耐撞性优化设计中,其结构的复杂性给试验与仿真模型参数的修改增加难度和成本.针对上述问题,选取某微型车B柱为研究对象将其简化为带有加强板的单帽梁,通过准静态三点弯曲试验验证简化模型的精度.随后以单帽梁加强板、内板、外板及加强板到外板的距离为设计变量,以平均加载力和质量为设计目标,运用响应面近似模型方法构建近似模型,用NSGA-Ⅱ进行优化,得到设计目标的Pareto前沿.最终B柱平均加载力增加7.165%,质量减轻4.985%,抗弯性能显著提高,同时满足轻量化要求.

铸铝一体化车门的多目标可靠性优化设计

为提升车门的轻量化水平与性能,采用“材料—结构—性能”一体化集成方法设计铸铝一体化车门。基于构建的铸铝一体化车门有限元模型,以车门的厚度为设计变量,采用径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络近似模型和二阶响应面近似模型并分别结合二代非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ)、多目标粒子群优化(multi-objective particle swarm optimization,MOPSO)算法以及多岛遗传算法(multi-island genetic algorithm,MIGA)对车门的下沉刚度工况位移、上扭转刚度工况位移、下扭转刚度工况位移、一阶弯曲模态频率、一阶扭转模态频率和质量进行确定性优化设计。在此基础上,考虑材料及加工制造等不确定性因素,对确定性优化解的质量水平进行6Sigma可靠性分析与优化。结果表明,二阶响应面近似模型与MOPSO算法的优化组合方案实现了车门的最佳轻量化,RBF神经网络近似模型与MOPSO算法的优化组合方案实现了车门下沉刚度工况位移的最小化。上述2种组合分别实现了车门轻量化与安全化的设计目标。研究结果可为车身零部件的优化设计提供参考。

基于响应面法的龙门混凝土浇灌机优化设计

龙门混凝土浇灌机作为一种新型的混凝土浇灌设备,其设计多依赖于经验,设计的机身结构有较大的刚度、强度余量。为了充分发挥材料的承载性能,减少结构自重,提出了一种以龙门混凝土浇灌机各主要构件板厚为设计变量的优化方法。优化方法基于龙门混凝土浇灌机有限元模型,采用多学科优化软件ISIGHT中的拉丁超立方试验法对有限元模型进行灵敏度分析,筛选出对目标函数和约束函数影响较大的设计变量。利用筛选出的设计变量构建目标函数的响应面近似模型,最后采用多岛遗传算法对目标函数寻优。优化结果表明,在保证结构性能的前提下,龙门混凝土浇灌机结构质量减少了3979kg,与优化前质量相比降低了16.7%,优化效果显著,对龙门混凝土浇灌机的结构设计及改进有重要的实际意义。

多目标遗传算法在整车轻量化优化设计中的应用研究

采用D-最优试验设计方法对汽车前部关键吸能部件的材料和板料厚度进行多参数空间的样本数据设计;为提高计算效率,将能够代表整车正面碰撞过程的高精度多参数近似模型引入到整车轻量化优化设计中,并利用多目标遗传算法对近似模型进行优化,使得车身前部吸能部件的板料厚度和材料得到合理配置,同时也使得整车质量和B柱加速度尽可能最小。在车辆安全性满足CMVDR294安全法规的同时,也在一定程度上减小了整车的质量。

并联混合动力汽车传动系速比优化

为了进一步提高混合动力汽车燃油经济性,使用仿真软件Cruise建立整车性能仿真模型,并集成到优化平台Isight软件中,对传动系速比参数进行优化和匹配。为了提高优化速度,建立了响应面近似模型作为优化时的代理模型,并利用Isight软件中的多岛遗传算法和序列二次规划算法建立组合优化算法。研究结果表明:优化后在满足整车动力性设计指标的前提下,循环工况下的百公里综合油耗降低了7.20%,优化速度提高了30倍。

液力减速器叶片前倾角度三维集成优化

为了对液力减速器叶片前倾角度进行参数优化,建立了液力减速器叶栅参数三维集成优化仿真平台。以叶片倾角为设计变量,三维CFD分析作为求解器进行试验设计,并根据试验样本结果构建响应面法模型(RSM)进行优化,得到一套最优的动、定轮叶片倾角参数。就叶片倾角参数对液力减速器内流场特性、制动外特性的影响进行了分析,并结合试验数据对优化前后制动性能进行了对比。结果表明,优化仿真平台精度较高,结果可信。优化后的液力减速器制动性能显著提高。

自激振荡脉冲射流减阻特性的多目标优化设计

自激振荡腔室结构的无量纲参数对自激振荡脉冲射流减阻特性有重要影响。以上下游管径比d2/d1、上游入口管腔径比DT/d1和腔室长径比L/DT为三个关键结构参数,以出口壁面平均剪切应力表示壁面摩擦阻力,以出口流道平均速度梯度表示流体内摩擦阻力,分析了无量纲结构参数对自激振荡脉冲减阻特性的影响。采用大涡模拟数值方法和面心复合设计相结合,计算得到了初始样本点集。通过面心复合设计与响应面法结合来建立响应面近似模型,并采用NSGA-II算法对自激振荡腔室无量纲结构参数进行多目标优化,得到自激振荡腔室无量纲结构参数的Pareto最优解集,并引入权重与中心点结构进行对比。结果表明:d2/d1对出口壁面平均摩擦阻力起主导作用,并随着d2/d1的增大而减小,d2/d1,DT/d1,L/DT无明显交互作用。DT/d1对出口流道平均内摩擦阻力起主导作用,并随着DT/d1的减小而减小,d2/d1与L/DT之间存在明显交互作用。与中心点结构相比,出口壁面平均摩擦阻力和出口流道平均内摩擦力分别减少了43.01%和54.52%。经过多目标优化后的自激振荡腔室减阻性能得到了显著提高,研究结果为自激振荡脉冲减阻增输装置设计提供理论基础。

碳纤维复合材料控制臂多尺度多目标优化

为实现悬架控制臂轻量化设计,采用碳纤维复合材料(CFRP)对钢制控制臂进行材料替换,并利用多层次优化方法对CFRP控制臂进行铺层优化。基于多尺度分析方法,考虑碳纤维复合材料细观结构参数及铺层角度对控制臂宏观性能的影响,选取细观尺度下纤维束截面高度、宽度、纱线曲折度、单位长度经纬纱数量及四个经典铺层角度作为设计变量,以控制臂的质量最小、一阶模态频率最高为优化目标,以刚度和强度为约束条件,结合响应面近似模型和NSGA-Ⅱ优化算法对碳纤维复合材料控制臂进行多尺度多目标优化,得到Pareto解集。优化结果表明,在刚度满足使用性能要求下,CFRP控制臂的质量较钢制控制臂下降了65%,且强度、振动特性等性能得到大幅提升,轻量化效果显著,可为碳纤维复合材料结构件的轻量化设计提供参考。

单帽型薄壁梁弯曲吸能特性研究及多目标优化

薄壁吸能结构的抗弯性能对于汽车碰撞安全是至关重要的,然而影响薄壁结构吸能特性的因素非常复杂,在具体结构设计的过程中还需要兼顾轻量化因素,这就使得薄壁结构弯曲吸能特性的优化工作难以开展。为了解决上述问题,对单帽型薄壁梁抗弯性能进行了有限元仿真分析,并与试验曲线进行对比,进而验证了数值模型的可靠性。为进一步提高单帽型梁的抗弯性能,利用RBF响应面近似模型、NSGA-Ⅱ多目标优化设计方法,进行了单帽型薄壁结构的弯曲吸能特性优化设计。优化结果表明,该方法利用响应面近似模型能够非常精确的拟合单帽梁比吸能及加载力最大峰值与各个影响因素之间的关系,通过优化提高了薄壁结构的弯曲吸能特性,能够在汽车被动安全优化设计中,对汽车B柱、门槛梁等关键部件的尺寸优化起到指导作用。相比于以往研究,采用了试验验证的方式,有效提高了计算结果的可靠性。

高速列车头型的减阻降噪多目标优化设计

为进一步改善高速列车明线运行的气动性能和噪声性能,降低空气阻力、空气升力和列车表面噪声源声功率,对高速列车流线型头型进行多目标优化设计.在列车垂向、横向、纵向三个方向上选择7组优化设计变量,采用最优拉丁超立方法进行采样,运用网格驱动变形技术(ASD)快速得到计算样本.基于三维不可压缩控制方程和k-ε湍流模型,对列车进行模拟计算.构造关于空气阻力、空气升力和列车表面噪声源声功率的响应面近似模型,运用NSGA-II遗传算法对高速列车头型进行多目标优化,得到Pareto前沿解集.与原列车相比,优化后列车的空气阻力减小5.20%,空气升力减小36.68%,列车表面噪声源声功率减小2.11%.

新型飞机除冰液加热管的优化设计

飞机地面除冰系统是保障冰雪天气民航飞行安全的重要装备,加热管是该系统的关键元件。为满足对高黏度除冰液的快速加热需求,提出一种新型双螺旋梯形槽管。建立以槽深h、上底宽m、底角θ为结构特征参数的异型管数学模型,采用多项式函数构建响应面近似模型,综合考虑结构参数对努塞尔数、阻力系数和综合评价指标的影响。利用非支配排序遗传算法进行多目标优化,筛选得到结构参数的Pareto最优解集。结果表明:当h∈[1. 06,1. 08]、m∈[0. 17,0. 33]和θ∈[84. 06,84. 75]时,努塞尔数提高了78. 7%,综合评价指标提高了60%~62%。优化后的异型管可实现除冰液的快速加热,有利于提高航班正点率。

超声速风洞喷管冷却结构的多目标优化设计

针对某风洞喷管提出了一种水冷结构,即在喷管前后段壁内设置了24组流道,而在喉部区域壁内错排布置扰流柱阵列。采用气热耦合-结构热分析的数值模拟方法对喷管整体结构的流动、换热、刚度性能进行了计算和分析。计算结果表明:冷却水量为1 kg/s时,与基础件相比,提出的冷却结构的概念件平均冷却效率提升0.68%,喉部等效应变减小5%左右。采用了响应面模型近似方法和多岛遗传算法对概念件进行了多目标优化计算,结果表明:冷却水量为2.142 9 kg/s时,与概念件对比,优化件壁面最高温度可以降低1.6 K左右,喉部等效应变减小约10%。喷管冷却结构设计及其多目标优化方法为风洞喷管型面有效的热防护设计提供一定的参考。