基于鲸鱼优化算法超参数优化的径向基函数响应面模型的油浸式变压器绕组挡板结构优化

热点温度过高会严重影响变压器运行稳定性,为提高变压器运行的稳定性,该文以降低变压器绕组热点温度为优化目标,采用径向基函数(RBF)响应面模型优化变压器绕组挡板尺寸,改善油流分布以实现更好的散热。为提高RBF响应面模型的拟合精度,该文采用鲸鱼优化算法(WOA)对径向基函数的超参数值进行优化,并与传统网格搜索(GS)寻优方法和定参RBF模型进行对比。对比结果表明对于超参数优化问题,在拟合精度占优的前提下,WOA优化效率是GS寻优方法的3.13倍。在此基础上,该文基于WOA-RBF响应面模型对绕组挡板结构尺寸进行优化,优化后的热点温度相较于初始结构的热点温度降低了3.81℃,相对于全场域的最大温升降低了13.42%,并有效地降低了绕组整体温升。同时将所提算法与遗传算法(GA)优化结果进行对比,在保证精度的同时,WOA-RBF响应面模型优化效率是GA的13.41倍。根据上述结果分析可知,所提算法具有很好的优化性能,同时相比于遗传算法,可以在保证优化精度的同时,显著地提高优化效率。

基于响应面回归模型的纤维混凝土力学性能分析

为研究玄武岩纤维和纤维素纤维掺量对混杂纤维轻骨料高强混凝土抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度的影响,构建响应面回归模型,对比分析其力学试验实测值和预测值,并结合渴求函数获得混凝土优化配合比.结果表明:此回归模型有效且可信度高,可用于分析试验结果;两种纤维交互作用、水灰比与纤维素纤维交互作用对抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度影响显著;模型预测最优水灰比为0.30,纤维素纤维掺量为0.90 kg/m3,玄武岩纤维掺量为4.00 kg/m3,强度预测值与试验值间相对误差绝对值均小于5%,该回归模型可为混杂纤维轻骨料高强混凝土的配合比多目标优化提供参考.

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。

基于响应面法的钢管混凝土系杆拱桥有限元模型修正

为探讨将钢管混凝土系杆拱桥有限元模型修正方法应用于实际工程性能评估的有效性,以某80 m单拱面钢管混凝土系杆拱桥为工程背景,采用Midas Civil与ANSYS有限元软件分别建立全桥梁格模型与拱脚精细化数值模型,基于径向基函数网络的响应面法对此多尺度模型进行修正。首先根据结构特点和实桥试验选取修正参数与目标函数,以中心复合试验设计构造不同修正水平下的修正参数样本,通过桥梁有限元模型计算得到对应的目标函数样本,并利用F检验法对修正参数的显著性水平进行判断;然后,以修正参数样本与目标函数样本分别作为响应面的输入输出,对径向基函数网络进行拟合训练;最后在修正范围内随机生成修正参数样本,并利用训练好的径向基网络预测对应的目标函数,采用期望度函数D进行优化处理以完成有限元模型的修正。研究结果表明:对于单拱面钢管混凝土系杆拱桥的有限元模型,可以通过径向基函数网络的响应面法进行修正,对比实测数据,修正后的模型误差有明显下降,可作为结构再分析的基准模型;对于使用不同程序建立的多尺度桥梁有限元模型,模型修正方法依旧有效,修正后的参数具有明确的物理意义,其误差可降到工程实践接受范围之内。研究结果为建立与修正钢管混凝土系杆拱桥的有限元模型提供参考。

基于多岛遗传算法与响应面法的横向磁通感应加热装置参数优化设计

对金属带材进行横向磁通感应加热(TFIH)时,通常会存在加热温度分布不均匀以及加热温度偏离目标值两个问题。该文研究了加热器结构参数与电源参数对45号钢带材回火热处理温度的影响,并对两种参数分别进行优化,使带材在加热器出口处的平均温度达到目标值600℃,同时获得均匀的温度分布。采用Morris法对加热器结构参数进行全局灵敏度分析,选取显著影响相对不均匀度的参数并建立径向基函数(RBF)神经网络预测模型。使用多岛遗传算法(MIGA)对筛选的结构参数进行优化,初步获得均匀的温度分布。最后以降低温度分布的相对不均匀度和达到理想平均温度为目标,在优化后的加热器结构基础上使用响应面法(RSM)优化电源参数,实现多目标优化设计。仿真验证结果表明,45号钢带材在加热器出口处的平均温度为600.06℃、相对不均匀度为2.36%,满足45号钢回火热处理的要求。

基于响应面法的正交异性钢桥面板优化设计研究

为了综合提高正交异性钢桥面板的抗疲劳性能和经济性,以顶板厚度、U肋厚度、横隔板厚度为设计参数,以U肋角焊缝最大拉应力、弧形开孔最大压应力、U肋嵌补段最大拉应力、单位长度用钢量为目标响应,开展了正交异性钢桥面板优化设计研究。基于有限元仿真,确定了不同疲劳易损部位的最不利荷载位置,通过Box-Behnken试验设计方法开展了多参数仿真分析,通过F检验法分析了设计参数对目标响应的影响显著性水平,提出了目标响应简化非线性响应面拟合方程。最后构造了多目标优化期望函数,对目标响应进行了组合优化。结果表明:优化结果相比于原设计值,结构最大应力指标下降27.2%,单位长度用钢量下降18.4%,抗疲劳性能与经济性显著提升。

基于响应面法的应变测量精度因子的分析与优化

应变计是诊断结构杆件健康状态的重要传感器,不同应变计其测量精度不同,为研究应变计达到更高测量精度所要求的条件,对应变计敏感栅结构参数及所处的环境温度进行了优化分析。首先,采用有限元计算方法分析了敏感栅栅丝长度、栅丝长宽比以及温度对测量精度的影响;然后,利用design-expert建立了测量精度的响应面模型,并利用评价函数法对响应面模型进行了优化,得到了最优的参数组合;最后,通过格构式杆件的拉压试验进行了优化验证。研究结果表明:敏感栅长宽比存在中间最优值;测量精度不随敏感栅长度的增加而提高;25℃是较佳的测量环境温度;利用评价函数法对响应面模型优化得到了最优参数组合,即L=4 mm,H=2 mm,T=25℃,通过试验验证了优化后的参数组合较优化前使应变计的测量精度有了明显的提高,较优化前提高了3.760%。对建立的应变计测量精度响应面进行优化,可明显降低所研究因子的叠加效应对应变计造成的测量误差,该研究方法为应变计的设计与选择提供了有效依据。

基于径向基响应面和遗传算法优化的大跨悬索桥有限元模型修正

为建立贴合桥梁实际状况的有限元模型,提出了一种精确预测、分析大跨度悬索桥结构行为的有限元模型修正方法。通过高斯径向基函数构建响应面模型,将结构动力特征作为特征量构建目标函数,并引入遗传算法进行优化求解,对某大跨悬索桥的有限元模型利用数值仿真数据和安全监测系统实测数据进行了修正。结果表明:采用高斯径向基函数建立响应面模型进行有限元模型修正,可有效提高有限元模型计算精度。同时,遗传算法的引入大幅提高了计算效率。基于数值仿真数据修正后,桥梁有限元模型计算误差均小于3%。基于安全监测系统实测动力特征修正后,最大计算误差由20.4%下降至10%以内,最大误差减少54.0%以上。可见该方法具有较高的精度和较强的工程适用性,可对大跨悬索桥有限元模型进行有效修正。

基于自适应响应面法的工程代理模型研究

代理建模,是用于减轻解决具有复杂工程设计问题的有效方法,可广泛使用于机械、航空、航天等各种工程制造领域。本文提出了一种新型工程代理模型:自适应响应面法,通过样本及响应值构建第一次简略的模型;对构建简略模型进行回归分析快速判别模型的阶数;基于所求解的阶数结合遗传算法筛选并更新第二次模型的基函数,以达成以最低计算量的获取最高精度的模型。

基于径向函数的响应面法在薄板装配夹具设计中的应用

薄板产品装配夹具的定位策略优化可以有效地减少柔性零件定位的法向变形,而定位点优化方法直接影响到夹具的设计效率.针对直接采用有限元模型的定位点优化方法效率低的问题,提出面向夹具定位点优化的基于径向函数的响应面建模方法.该方法根据均匀采样对定位点位置参数域进行离散,并借助有限元分析构造样本集合;采用Multi-quadric函数描述夹具定位参数与零件变形间的非线性关系;应用均匀设计法优化径向基参量,从而建立基于径向函数的响应面模型.最后通过实例阐述了文中方法的建模过程,结果表明其具有良好的模拟效果和较高的预测精度.

基于径向基函数响应面法的板料成形仿真研究

板料冲压成形过程中,系统的输入参数具有较大的随机性,并且系统优化通常需要满足多个目标。针对目前一些流行算法在精度和效率上存在的不足,提出了基于径向基函数响应面法的板料冲压成形过程可靠性设计方法。通过超拉丁立方抽样实验设计,选择了适当的设计参数样本,建立了基于径向基函数的板冲压成形过程响应面模型,分析响应面模型中各个目标对应的响应值,得出影响系统的最主要因素,并获得最佳冲压成形工艺参数范围。通过实际生产,验证了该方法对提高板料冲压成形过程的可靠性是有效的。

响应面——满意度函数优化复合酶法提取野木瓜汁工艺的研究

为了提高野木瓜出汁率和野木瓜汁含糖量,采用复合酶法提取野木瓜汁,用响应面——满意度函数分析法进行优化。结果表明,最佳酶解工艺参数为每100g果肉打浆加水80mL,复合酶(纤维素酶与果胶酶添加比例为4∶1)添加量0.170%,调整pH值为4.0,在45℃处理4h,野木瓜出汁率为76.0%,野木瓜汁含糖量达到7.77%,均高于空白样。

响应面-满意度函数优化产羰基还原酶工程菌发酵条件

以实验室构建的产羰基还原酶的重组大肠杆菌为出发菌株,以菌体生长(A600nm)和羰基还原酶比活为响应值,对重组大肠杆菌产羰基还原酶的发酵条件进行优化。首先采用Plackett-Burman设计筛选出了4个关键影响因子:蛋白胨、酵母粉、磷酸盐和甘油;随后以Box-Behnken中心组合设计分别建立上述4个影响因子对A600nm和羰基还原酶比活的数学模型;最后通过满意度函数获得最佳发酵条件为:蛋白胨15.99 g/L,酵母粉31.06 g/L,磷酸盐105.37 mmol/L,甘油4.66 m L/L,Na Cl 0.4g/L,Mg SO40.2 g/L,接种量1%以及诱导时间8 h。在此优化条件下,重组大肠杆菌产羰基还原酶和菌体生长能力得到了较大的提升,羰基还原酶比活由优化前的1.031 U/mg提高到了1.706 U/mg,提高了65%。

基于响应面函数的可靠度分析及其应用

针对地下工程稳定性分析与评价准则存在众多的不确定性因素，将响应面函数与有限单元分析相结合，借助于JC法，用确定性的数值分析方法来解决功能函数不能明确表达的结构可靠度分析问题；在此基础上，采用能量释放率作为评价地下工程围岩系数的稳定性准则。将提出的方法应用于金川公司龙首矿1 280 m盲竖井卷扬机硐室稳定性可靠度分析，获得较为满意的结果。

基于频响函数截断奇异值响应面的有限元模型修正

考虑由于模型参数误差造成的有限元模型偏差的问题,提出一种基于频响函数截断奇异值响应面的模型修正方法。利用傅里叶反变换将结构频响函数变换为时域内的脉冲响应函数,通过延迟坐标法重构脉冲响应函数的相空间矩阵,进而对相空间矩阵进行截断奇异值分解,提取有限个较大的奇异值作为频响函数的特征量。以待修正模型参数为样本集输入,截断的奇异值为样本集输出,建立支持向量机响应面模型并进行训练,以逼近模型待修正参数与频响函数的特征量之间的非线性映射关系。以目标频响函数的特征量与支持向量机响应面模型输出的特征量之间的差值最小化为目标,利用遗传算法通过优化求解参数修正量。仿真计算表明:支持向量机的保留奇异值响应面能准确预报训练集以外样本的保留奇异值,具有较强的泛化能力;结合遗传优化算法能获得准确的参数修正量,算法对噪声有较强的鲁棒性。

基于径向基函数响应面的机翼有限元模型修正

用ANSYS三维实体单元SOLID45建立机翼基准有限元模型并计算其自由振动的前6阶模态频率.用均匀设计方法将结构参数分组并分别计算各组结构参数对应的模态频率,建立高斯径向基函数响应面模型.用最小二乘法则拟合系数并检验响应面拟合精度,对基准模型的结构参数施加摄动量建立待修正有限元模型.用响应面模型和基准模型计算所得模态频率的相对误差建立适应度函数的表达式,将混沌搜索机制引入粒子群算法对结构参数的摄动量进行寻优计算,搜索所得优化解代入即得修正后模型,将修正后模型与基准模型在测试频段内段外的模态频率近似度进行比较,证实了修正后模型的有效性.

基于径向基函数响应面法的岩质边坡可靠度分析

岩质边坡中存在多种变异性,需要进行岩质边坡的可靠度分析。将数值分析法与可靠度分析的响应面法相结合,进行了岩质边坡稳定的可靠度分析。利用径向基函数网络(RBFN)的全局适应能力强的特点,在响应面法中,以径向基函数网络为响应面函数,将隐式的功能函数显式化。通过对每个响应面新增一个样本点的方法进行样本点的生成及响应面的迭代,计算表明:基于径向基函数网络的响应面法具有较高的计算精度及效率,可以适用于基本变量数较多的可靠度分析问题;本文的边坡算例中,第2层岩体的强度参数对边坡的可靠指标影响最大,而其他参数对可靠指标的影响则相对较小。

基于径向基函数响应面方法的超大跨悬索桥有限元模型修正

基于径向基函数响应面建模和遗传算法相结合的有限元模型修正方法,得到能反映结构真实状态的超大悬索桥有限元分析模型。首先利用灵敏度分析方法选取待修正参数和可用的特征量信息,以中心复合试验设计方法构造不同摄动水平下的待修正参数样本,通过有限元模型的静动力分析计算不同参数水平下的特征量样本;然后,以待修正参数样本和特征量样本为结构系统输入和输出,建立能逼近大型结构系统设计参数与特征量之间复杂隐式函数关系的径向基响应面模型;最后,基于建立的响应面模型,采用遗传优化算法对结构有限元模型进行修正。以国内湖南某超大跨钢桁架悬索桥为对象,采用高斯径向基函数响应面模型,基于成桥静动力试验监测数据,对该桥的三维有限元模型进行修正。研究结果表明:修正后的有限元模型能够更真实地反映结构的物理状态,较好地体现了该桥梁结构的真实静动力特性。

基于径向基函数响应面方法的大跨度斜拉桥有限元模型修正

采用ANSYS有限元软件建立某大跨度斜拉桥试验室物理模型的三维有限元模型。基于灵敏度分析,选取模型待修正参数和用于模型修正的特征量。采用实验设计方法生成参数样本,通过有限元分析提取对应的特征量信息,进而建立待修正参数与特征量关系的径向基函数响应面模型。通过对响应面模型的拟合误差分析,确定径向基函数的最优形状参数。以斜拉桥自振频率和静态索力构建目标函数。基于建立的响应面模型,采用遗传优化算法进行有限元模型修正。结果表明,采用径向基函数响应面模型拟合斜拉桥设计参数与特征量之间的隐式关系有较高的精度;基于仿真数据的模型修正有较高的精度,基于试验数据的模型修正能得到合理的结果,该方法可有效地修正复杂桥梁结构有限元模型。

基于高斯函数和信赖域更新策略的Kriging响应面法

为建立拟合效率高且能够满足工程精度要求的响应面近似模型,在分析已有响应面建模方法基本特性的基础上,提出一种基于高斯函数和信赖域更新策略的Kriging响应面法。该方法将高斯函数作为设计点之间的相关函数,并在优化过程中采用信赖域更新策略对试验设计的取样区域进行动态修正。通过在四个典型数值算例和某涡轮盘的热—结构优化设计中的应用,验证了所提方法的有效性。