基于RSM和NSGA-Ⅱ的驱动桥壳变截面多目标优化

以某商用车驱动桥壳为研究对象,为提高其综合性能,利用响应面法(RSM)与非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)相结合的方法对桥壳变截面进行多目标优化。基于Creo建立桥壳参数化模型,联合Workbench对其进行静力学和模态有限元仿真,以参数灵敏度分析筛选后的桥壳变截面为设计变量,以桥壳最大变形量、1阶频率和质量为优化目标,采用中心复合试验设计(CCD)方法生成样本空间,基于样本数据构建反映试验因素与性能指标关系的2阶响应面模型并进行拟合精度验证;利用NSGA-Ⅱ对桥壳变截面进行多目标优化,获得满足条件的Pareto前沿解。研究结果表明:优化后的驱动桥壳在性能指标满足设计要求的前提下,质量减轻6.61%,最大变形量减小7.28%,1阶频率提高2.23%。

基于流固耦合的骨架膜结构优化

为了实现骨架膜结构的优化设计,基于ANSYS平台考虑了膜结构在风荷载作用下的结构变形对建筑表面风压分布的影响,采用双向流固弱耦合的方法对某低矮类膜建筑在不同风向角下的定常风场特性与其围护骨架膜结构的风致结构受力进行了研究,并以此为依据采用响应面法对骨架膜结构中各杆件的截面尺寸进行了优化.结果表明:仿真所得建筑表面风压分布与同类模型风压实测数据、风洞试验数据以及国家相应规范吻合较好;不同风向角下骨架膜结构的受力状态不同,其中90°风向为该结构的最不利工况;采用响应面法得到了该骨架膜结构中各杆件的截面尺寸对结构受力的影响关系,并将该结构整体质量降低了14.73%.

永磁—凸铁复合极直线同步电机多目标优化

提出一种永磁—凸铁复合极直线同步电机(PM-SICPLSM),电机次级为U型分段永磁结构,具有聚磁强、漏磁小的特点。为提升电机整体性能,以推力波动和平均推力为优化目标。首先,通过灵敏度分析得出影响显著的优化参数;然后,构建响应面数学模型;最后,在约束条件下通过多目标粒子群优化(MOPSO)算法求解响应面模型,得出电机永磁最优结构参数。利用有限元法对优化前后的电磁推力、空载反电势及气隙磁密等电磁特性进行对比,经响应面模型和MOPSO结合优化后的PM-SICPLSM不仅增大平均推力还提高了永磁利用率。

某新能源汽车翼子板结构性能优化分析

为满足轻量化技术要求,翼子板作为遮盖车轮的覆盖件通常会设计成较薄的部件,其结构性能直接影响整车的性能品质,因此需要对翼子板的结构性能进行优化分析。文中搭建了某新能源汽车翼子板有限元模型,根据相关设计要求分别对翼子板进行模态分析、连接刚度计算和抗凹性分析,依据计算结果寻找出不满足目标值要求的指标。经综合分析,提出以增加内支撑板的方式来改进翼子板的结构,从而解决翼子板的刚度以及抗凹性不足的问题,但一阶固有频率无法满足目标值要求。因此,通过响应面法搭建克里金近似模型,以结构改进后的翼子板的质量和一阶固有频率为目标进行遗传算法迭代寻优,使得改进后的翼子板的整体质量稍有下降,一阶固有频率大于53.00 Hz,且其余各项指标均符合目标值要求,达到优化目的。

结合SVR响应面与粒子群优化的有限元模型修正

提出了一种模型修正方法,可以在不依赖模型灵敏度的前提下,利用较少的计算量实现对结构有限元模型的参数修正。该方法首先构建代理模型替代结构有限元模型,通过计算少量样本点,训练支持向量回归机(support vector regression, SVR)预测参数所对应的响应;其次,以结构固有频率的残差为目标函数,利用粒子群优化算法实现全局寻优求解,得到修正后的有限元模型参数;进一步,以带孔平板为试验研究对象,基于实测数据验证了所提方法的有效性,并讨论不同参数、样本点数等对模型修正精度的影响;最后,用某卫星结构模型修正算例证明了该方法相对基于灵敏度分析的方法在计算耗时上的优势。该研究旨在为具有复杂参数-响应特征的结构模型修正提供技术支持。

基于解析模型的永磁同步电机优化设计

永磁同步电机的电磁转矩和涡流损耗是两个重要指标,在体积等限制条件下,有效提高电磁转矩并降低转子涡流损耗是电机设计的关键。针对这个问题,文中采用解析法,分别计算电磁转矩和涡流损耗,并采用粒子群优化算法,对电机尺寸参数进行优化设计。解析模型包括电枢反应磁场和空载磁场模型。在计算涡流损耗时考虑涡流反应、永磁体周向分段等,优化算法的目标函数并使用权值将多目标转换成单目标。通过解析解与时步有限元数值解的对比可看出,解析解的误差在2%左右。参数影响分析的响应面显示,在定子绕组节距为25°时,电磁转矩和涡流损耗相关性一致。优化迭代结果显示,优化设计降低了76%的平均涡流损耗、22%的平均电磁转矩和68%的电磁转矩波动。

基于IPSO-BP神经网络的连续刚构桥有限元模型修正

针对大跨度连续刚构桥有限元模型修正问题,提出一种基于改进粒子群算法优化BP神经网络的有限元模型修正方法。首先建立有限元模型修正的数学优化模型,其次通过改进标准粒子群算法对BP神经网络超参数进行优化,最后基于优化BP神经网络代理模型对有限元结构参数进行寻优求解。研究结果表明:基于优化BP神经网络的代理模型相较于未经优化的具有更高的拟合精度;修正后的有限元模型挠度理论计算值与实测值的平均相对误差仅为1.86%。

基于响应面模型的桥梁有限元修正方法研究

由于实际运营的桥梁存在不同程度的病害,建立的有限元模型往往不能准确反映桥梁实际工作状态。因此,需要基于实测的结构响应参数来修正模型,最大限度减小有限元模型计算值与实际运营参数之间的差异。结合统计学理论以及模型修正技术中的响应面模型修正方法,通过拟合,得到桥梁结构响应与设计参数之间的显示函数表达式,从而用响应面模型取代初始有限元模型,可在结构的响应面模型内求得最优解。计算结果表明,修正后的有限元计算误差显著降低,满足工程精度要求。

基于接触单元的磨床螺栓连接面有限元建模与模型修正

以接触单元和弹簧—阻尼单元建立了磨床螺栓连接件的结合面动力学有限元模型。并以前 3阶试验模态及有限元模型理论计算的固有频率均方差最小为目标函数 ,对包含接触单元和弹簧—阻尼单元的结合面特征参数进行优化 ,在此基础上修正并取得更为符合实际的结合面动力学模型。这对机床结构的动态优化设计具有重要意义。

塔式起重机结构有限元模型修正的响应面方法

为提高塔式起重机(塔机)的修正效率,提出了一种基于响应面的有限元模型修正方法。在合理的修正参数选取和试验设计基础上,拟合得到结构响应与修正参数之间的显式函数关系以替代传统的有限元模型,通过迭代优化实现机械结构的有限元模型修正。以悬臂梁及塔机为例,实现了基于响应面法的有限元模型修正,并对比了不同响应面模型的拟合精度和修正效果。分析结果表明,利用响应面模型替代复杂的塔机有限元模型进行结构有限元模型修正可以极大地提高计算效率和修正精度。同时,对于塔机结构,基于二次多项式响应面的模型修正相较于基于高斯径向基函数响应面的模型修正能获得更好的修正结果和修正效率。

基于试验数据的吊拉组合模型桥梁有限元模型修正

为获得吊拉组合模型桥梁的基准状态,结合子结构与响应面有限元模型修正方法,建立一种新的桥梁结构有限元模型修正方法。依据构造及力学特点,划分子结构并选择待修正参数;基于方差分析,利用参数显著性检验确定待修正参数;用均匀设计方法生成待修正参数样本集,由有限元分析获得对应的响应信息后,建立每一待修正参数与目标值的响应面模型;建立自振频率和位移适应度函数线性组合的联合目标函数,利用模型桥梁的静动力试验数据,由遗传算法获得参数的修正量,实现测试结果与有限元计算结果间误差的最小化。试验结果表明:所提方法能在确保设计参数合理且具有明确物理意义的前提下,对桥梁结构有限元模型实现有效的修正。

基于试验模态的高速列车车体结构动力学模型修正研究

精确的有限元模型对于结构动态响应预测以及动态设计至关重要。利用模态试验数据,针对高速列车结构特点与动力学特性,深入分析设计空间方法选择、修正参数选择、响应面拟合和参数修正等关键问题,运用动力修正相关理论提出适合高速列车的基于试验模态车体动力学有限元模型修正方法。并运用该方法,采用模态试验数据修正高速列车车体结构的模态分析模型,频率的计算结果与试验结果的最大误差为-0.260 9%。研究验证基于模态试验数据高速列车车体动力学有限元模型的响应面修正方法的有效性。

浅部不均匀体对目标体电阻率异常影响的研究

浅部不均匀体能使电阻率测深曲线产生严重的畸变 .为了从根本上消除浅部不均匀体的干扰 ,本文采用三维有限元数值模拟的方法 ,计算出浅部不均匀体异常和混合体 (目标体 +不均匀体 )异常 ,通过一定的校正方法 ,把不均匀体影响从混合异常中校正掉 。

基于响应面的桥梁有限元模型修正

采用试验设计和回归分析方法,以显式的响应面模型逼近特征量与设计参数间复杂的隐式函数关系,得到简化的结构模型(Meta-model),给出有限元模型修正过程。针对复杂的土木工程结构,讨论样本选择、修正参数选取以及如何从众多因素中较合理地建立结构的响应面模型。用数值模拟算例和六跨连续梁桥环境振动试验结果,实现基于响应面模型的土木工程结构有限元模型修正,并与传统的基于灵敏度方法直接对结构有限元模型修正结果进行比较。结果表明,基于响应面方法的有限元模型修正和验证,能显著提高修正的效率,修正过程计算简洁、迭代收敛快,避开每次迭代都需要进行有限元计算,易于工程实际应用。

基于响应面法的钩尾框渐进热弯曲工艺多目标优化

根据某锻造厂生产某型号钩尾框弯曲工艺中出现弯曲载荷过大、根部拉伤以及平板根部变薄严重的问题,提出一种新型厚板渐进热弯曲工艺。以降低弯曲载荷、降低根部出现裂纹趋势以及保证钩尾框平板厚度合理为优化目标,并以凸模速度、副辊尺寸、辊与坯料间摩擦因素以及主副辊在高度和水平方向的距离为优化变量,采用正交实验与Design-expert软件进行响应面(RSM)拟合建模分析,得到3个目标量的二阶响应面模型,并通过数值模拟验证所建立的响应面模型准确性,其相对误差小于8%,可用于后续优化。生产实践结果表明,通过多目标优化后钩尾框新型渐进弯曲模结构可以把弯曲载荷力降低40%,能够有效降低根部出现裂纹趋势保证平板最小厚度。

基于响应面法的数控机床主轴系统热特性有限元模型修正

提出一种运用响应面法建立数控机床主轴系统有限元热特性分析的近似模型的数值方法。将主轴系统热特性温度误差与热载荷参数之间的隐性关系用显示函数近似表达出来,代替原有的有限元模型。在此基础上对有限元模型进行优化修正,提高原有限元模型的准确度。对数控螺纹磨床主轴系统有限元模型修正的结果表明:基于近似模型的主轴系统有限元模型的热载荷修正方法可以减少有限元分析的计算误差,提高有限元模型修正的效率,热特性分析有限元模型修正结果精度较高。

基于响应面法的空降车缓冲气囊参数优化研究

提出了应用响应面法对空降车气囊缓冲系统的参数进行优化的方法。通过建立车体-气囊非线性有限元模型,选择缓冲气囊的排气孔面积以及排气孔开启压力作为优化变量,将车体冲击加速度峰值最小作为优化目标,采用析因设计和中心组合设计两种试验设计方法并运用最小二乘法进行二阶多项式方程的参数估计,建立二阶响应面模型。然后利用遗传算法进行优化求解。优化前后气囊缓冲特性的对比结果表明,优化后车体冲击加速度峰值减小了23.8%,气囊的缓冲性能有显著提高。

基于神经网络的大跨度网架结构FEM修正

依据神经网络的方法完成了对大跨度复杂体型网架结构有限元模型的修正。通过有效独立法优化配置了数据采集点的位置 ,然后利用神经网络结合提前终止算法建立了节点固结系数识别的基于 BP网的网络系统 ,通过对节点固结系数的识别和杆件的三单元化实现了对有限元模型中结构刚度的实时准确把握 ,从而修正了结构的有限元模型。在此基础上 ,利用结构的部分时程响应获取了结构的自振频率和局部位移模态信息 ,从而验证了网络的可靠性。运用该方法的过程和结果表明 ,此法可以有效地用于大型网架结构的有限元模型修正。

基于RSM-WOA的桥梁结构有限元模型修正

为了获取准确可靠的桥梁有限元模型,提出一种将响应面模型(response surface model,RSM)和鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm,WOA)相结合的有限元模型修正方法。该方法首先基于初始有限元模型确定待修正设计参数;然后建立待修正参数与结构响应之间的显式映射关系;接着联合结构静动力响应构造残差和的目标函数,利用WOA对其进行优化求解。通过鹅公岩自锚式悬索桥的有限元模型修正,验证所提方法的有效性,并与遗传算法(genetic algorithm,GA)、fmincon函数的优化结果进行对比。结果表明,所提方法能较好地给出修正结果,修正后的计算响应与实桥测试响应吻合较好,同时该方法的相对误差也更小。

基于统计分析的有限元模型修正

响应面模型代替有限元模型进行修正便于与粒子群算法等优化算法结合,有利于提高修正效率和精度。文章用某雷达卫星的简化有限元模型计算基于正交设计的各水平参数下模态频率,用方差分析确定待修正参数并构造二次响应面模型,用最小二乘法确定多项式系数,以响应面计算结果与实测结果的差值构造适应度函数并用之引导含混沌搜索机制的改进粒子群算法对待修正参数的偏移量进行寻优,修正后参数代入原有限元模型得到修正模型。修正后模型不仅能以高精度复现测试频段内的模态频率,而且能以一定精度预测测试频段外频率,证实了修正方法的有效性。