考虑弹流润滑的圆柱滚子轴承多目标智能优化设计

基于弹性流体动力润滑理论,以额定动载荷最大和膜厚比最大为目标函数,通过对圆柱滚子轴承多目标优化数学模型的研究,应用退火罚函数方法将其转化为无约束单目标优化问题.采用遗传算法求解含连续及离散变量的优化设计问题,同时针对遗传算法的局限性,采用了实数编码,调整了适应函数,设计了基于确定性准则的杂交算子和变异算子,借鉴了优解保留策略,结合模拟退火算法,形成了遗传模拟退火算法,该算法发挥了模拟退火与遗传算法各自的特点.算例表明了该优化方法的有效性.     

基于混合遗传算法的径向滑动轴承表面织构优化

在内燃机曲轴系统的径向滑动轴承表面设计了球形凹坑织构,以改善润滑性能;为了获得最大的轴承承载力和最小的摩擦因数,提出了基于序列二次规划算法和遗传算法的混合进化优化方法,构建了径向滑动轴承球形凹坑织构的优化模型,对凹坑织构的分布位置和结构参数进行了全局寻优,得到了给定工况下最优的织构角度和最大深度;为了求解径向滑动轴承的承载力和摩擦因数,考虑曲轴和轴承表面粗糙度对油膜流动的影响,采用质量守恒的JFO空穴算法处理油膜的破裂和再形成行为,基于平均Reynolds方程和Greenwood-Tripp微凸体接触方程构建了球形凹坑织构径向滑动轴承的混合润滑模型,分析了球形凹坑织构的分布位置和结构参数(数量、面积率和最大深度)对径向滑动轴承承载力和摩擦因数的影响。分析结果表明:径向滑动轴承的承载力和摩擦因数是凹坑面积率的单调函数;存在最优的凹坑织构角度和最大深度使得径向滑动轴承的承载力最大与摩擦因数最小;当偏心率由0.3增加到0.7时,轴承承载力的提升量由13.38%下降到0.62%,摩擦因数的降低量由0.73%逐渐下降至负数,因此,当偏心率较小时,球形凹坑织构能够有效降低径向滑动轴承的摩擦因数,增大承载力,当偏心率较大时,球形凹坑织构无益于轴承摩擦因数的降低。     

动静压轴承的计算分析与优化设计及应用实例

本文对球磨机动静压滑动轴承的压力分布进行有限元计算方法及结构参数进行了分析研究。结果表明 ,动静压滑动轴承能综合利用静压和动压轴承的优点。并且对磨机动静压主轴承的设计参数通过复合形法进行优化设计 ,编制了在满足等式和不等式约束条件下以单位承载力下的功率损耗最小为目标函数的通用 Visual Basic程序 ,以提供最佳设计数据 ,并对优化前后的数据进行比较、分析。结果表明 ,这是一种有效的方法。     

某越野车车架拓扑优化设计

拓扑优化技术能在给定的设计空间内寻求最佳的材料分布。根据某越野车车架的实际尺寸建立其三维拓扑优化设计空间,以车架质量分数为约束条件,车架柔度最小为目标函数,对车架的弯曲工况进行了单工况拓扑优化设计,并针对这一工况选择不同的优化参数进行了多次优化计算,得到了一组相似的拓扑结构,分析并选择合适的拓扑优化参数。应用得到的拓扑优化参数,基于折衷规划的多目标拓扑优化设计方法,针对汽车使用情况选择合适的工况权重因子,对车架进行了3种工况下的多目标拓扑优化设计研究。     

角接触球轴承的罚函数粒子群算法优化设计

为了提高角接触球轴承的性能,以双列角接触球轴承的额定动载荷和额定静载荷最大为优化目标建立了双列角接触球轴承结构的多目标优化模型.针对普通粒子群算法易于陷入局部最优的缺陷和不能有效解决带约束条件的优化问题,基于标准粒子群算法,在目标函数中加入惩罚项,将带约束条件的优化问题转变成无约束优化问题.最后以3210角接触球轴承为算例,通过提出的罚函数粒子群算法对其进行了优化设计,经优化后,轴承动、静载荷额定值各自提高了66.46％和70.60％.结果表明,采用罚函数粒子群算法能较好的提高角接触球轴承的性能.     

基于多学科设计法的汽车双横臂独立悬架优化设计

提出一种基于多学科优化设计的双横臂独立悬架优化设计方法。以某款汽车的双横臂独立悬架为研究对象,构建主销后倾角最小、外倾角和前束角变化量最小的多目标优化函数;集成ISIGHT和ADAMS/CAR软件,并对其进行多学科优化设计。优化结果表明:优化后主销后倾角相应减小2°,外倾角和前束角变化范围均减少0.45°和0.5°。经试验验证,悬架转向轻便性和综合性能得到改善。     

铝合金型材与空腔声场耦合振动声学优化设计

建立了铝合金型材与声场耦合振动的有限元模性,计算了耦合系统的声压响应;以声场和铝合金型材的结构尺寸参数为设计变量,以铝合金型材重量为约束,以声场内响应声压最小为目标,建立了优化数学模型,用零次优化算法对其进行了优化设计研究.优化设计使声场内最大声压降低了1200Pa,而且结构重量也得到了降低.结果表明,优化设计可有效降低声场内的声压,而且零次优化设计方法不用求解声压对设计变量的灵敏度,减小了计算量.     

一种箱式结构清扫臂的尺寸优化及轨迹规划

为克服工作空间受限的箱式结构不易清扫的问题,以实验室现有的气箱为清扫对象,设计了一种箱式结构清扫臂,并依据优化设计的思想,以箱式结构清扫臂的工作空间最小为优化目标,确定了基杆的最优长度和基杆与箱体壁的最优夹角;同理,在各臂转到同一条线上时,以清扫臂对各个关节的转动惯量最小为优化目标,得出各臂的最优臂长;最后,根据箱体的尺寸和结构规划了一条清扫路径,并基于路径各个部分的特点分别在关节空间和笛卡尔空间进行了轨迹规划,最终导出整条轨迹的运动学方程,以此进行运动学验证和仿真.     

基于有限元分析的铁路货车车体优化设计

以车体轻量化优化设计为目标,建立了C80通用敞车的有限元模型,对车体在主要工况下的强度和刚度进行了计算;以此为基础,建立了车体优化模型,以整个车体的各板厚度为设计变量,以整车各单元应力、中梁和边梁位移为约束,以重量最小为目标,用可行方向法对各设计变量进行优化,实现了车辆优化设计,优化设计使车体重量减小了13.83%.本...     

多型负泊松比材料-结构协同设计

为提高负泊松比材料的刚度性能,同时保证负泊松比材料的冲击吸能特性,提出材料-结构协同优化设计,以泊松比最小为目标,微观材料设计区域各单元的相对密度为设计变量,优化得到多种体分比下的最优微结构,同时基于刚度最大的优化目标得到宏观结构的材料分布,根据宏观最佳材料分布来指导各微结构间的排列组合,建立多型微结构负泊松比材料模型。仿真结果表明：与单一型负泊松比材料相比,多型负泊松比材料有较好的刚度增强效果和更好的能量吸收能力。     

高速列车头型多目标气动优化设计

为提高明线运行的高速列车气动性能,以头车气动阻力和尾车气动升力为优化目标,对高速列车头型进行了多目标自动优化设计.以某新型高速列车为原型,建立了包含转向架区域的高速列车参数化模型,提取了7个设计变量,分别控制鼻尖高度、端盖开闭机构顶端高度、驾驶室车窗高度、水平最大外轮廓线横向宽度、头型中部辅助控制线凹凸度、转向架区域横向宽度和隔墙倾角,并基于计算流体动力学理论,建立了高速列车空气动力学模型.应用该模型计算作用在列车上的气动力,通过多目标遗传算法自动更新设计变量,实现了高速列车头型的自动优化设计.对优化目标与设计变量的相关性进行分析,结果表明:驾驶室车窗高度和转向架区域横向宽度对头车阻力影响最大,头型鼻尖高度和中部辅助控制线凹凸度对尾车升力影响最大;优化后得到6个Pareto最优头型,与优化前的头型相比,头车阻力最多减小3.15%,尾车升力最多减小17.05%.      

基于SolidThinking Inspire的牵引车平衡轴支架结构优化

以某牵引车平衡悬架的平衡轴支架为对象,基于Optistruct求解器建立平衡悬架总成的有限元模型,设置单边跳动、满载制动和满载转弯工况并进行了静力学分析;在SolidThinking Inspire中采用拓扑优化方法,以支架刚度作为优化目标,以支架厚度作为约束条件,对支架进行拓扑优化设计,在CATIA中重新建立优化后的支架模型并进行验证。结果表明:优化后的支架在单边跳动和满载转弯工况下的最大应力分别下降了16.0%与10.3%,满载制动工况下的最大应力升幅为15.4%,减重近12%。     

表面织构对曲轴轴承润滑性能的影响

考虑凹槽与凹坑织构之间的协同润滑效应,在曲轴轴承表面设计了抛物线凹槽-球形凹坑复合织构,以改善轴承的润滑性能;为了分析抛物线凹槽-球形凹坑复合织构对曲轴轴承润滑性能的影响,基于平均Reynolds方程和Greenwood-Tripp微凸体接触方程构建了曲轴轴承的混合润滑模型,并采用质量守恒的边界条件处理油膜的破裂和再形成行为,分析了凹槽织构、凹坑织构与凹槽-凹坑复合织构的摩擦学性能,研究了凹槽-凹坑复合织构的分布位置和结构参数对轴承承载力和摩擦力的影响。分析结果表明:凹槽-凹坑复合织构具有高于凹槽织构的承载力和低于凹坑织构的摩擦力;存在最优的凹槽宽度为1.3mm,凹槽面积率为0.7,凹槽最大深度为25μm,凹坑数量为6,凹坑面积率为0.7,凹坑最大深度为20μm,使得轴承量纲为1的承载力最大;存在最优的凹槽宽度为2.6mm,凹槽面积率为0.7,凹槽最大深度为30μm,凹坑数量为15,凹坑面积率为0.7,凹坑最大深度为35μm,使得轴承量纲为1的摩擦力最小;当凹槽-凹坑复合织构的分布位置、结构参数取最优值时,相对于无织构轴承而言,轴承的承载力提高了4.1%,摩擦力减小了19.6%。     

城市轨道交通多编组列车开行方案优化研究

针对城市轨道交通全日客流时间分布不均衡下的列车开行方案优化问题,以 乘客等待时间和企业成本最小为优化目标,以运输供给、列车最小发车间隔、最大服务间 隔,以及列车数为约束条件,构建基于多编组模式下的多目标列车开行方案优化模型,并 设计两阶段求解算法.案例分析表明：与传统单一编组列车开行方案相比,基于多编组的 轨道交通列车开行方案使乘客等待时间和车公里数分别减少17%和27%,列车运行小时 增加20%;当客流不均衡系数大于1.48时,宜采用多编组运输组织方式.     

斜腿刚构桥几何布局的优化设计

采用数学规划的方法从静力和动力两方面对斜腿刚构桥的几何布局进行优化设计。静力优化设计的优化目标是截面截面应力平方均值最小，动力优化设计的优化目标是结构自振周期平方和最小。采用了直接搜索法寻优。通过算例可知，这两种优化设计方法均可行，且均为刚性设计。     

动静压轴承的计算分析与优化设计与应用实例

本文对球磨机动静压滑动轴承的压力分布进行有限元计算方法及结构参数进行了分析研究。结果表明，动静压滑动轴承能综合利用静压和动压轴承的优点。并且对磨机动静压主轴承的设计参数通过复合形法进行优化设计，编制了满足等式和不等式约束条件下以单位承载力下的功率损耗最小为目标函数的通用Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ程序，以提供最佳设计数据，并对优化前后的数据进行比较、分析，结果表明，这是一种有效的方法。     

离场航迹降噪优化设计的多目标智能方法

为满足新一代空管系统中离场航迹优化设计时降低噪声影响和减少飞行成本的需要,进行了离场航迹的多目标优化设计方法研究.结合飞行动力学和运动学模型,建立了符合民航飞机离场飞行阶段特征的航迹分段模型,提出了应用状态矩阵和控制矩阵准确表示航迹的数学方法.基于模糊理论建立航迹噪声影响、飞行成本和空中导航约束的满意度评价函数,提出了3种启发式搜索规则和动态领域搜索方法来改进模拟退火算法.仿真结果表明,在绕飞限制空域的前提下,降噪和减少飞行成本的目标无法同时达到最优;离场航迹多目标优化后的总体满意度比仅考虑降噪时提高了4.3%.      

柴油机曲轴的三维形状优化

采用序列线性规划算法对16V240ZJ柴油机锻钢曲轴圆角进行了形状优化设计。优化的目标函数是最大应力最小,设计变量是圆角附近设计单元控制节点的坐标。优化结果完全满足曲轴设计与制造工艺的要求。     

公路网布局的多目标优化模型

针对现有公路网布局优化模型的目标函数过于偏重机动性的缺点,在公路网布局优化模型中引入了可达性的概念,建立了多目标双层优化模型.上层考虑建设资金的约束,以公路网可达性最大和交通负荷度最小为目标函数;下层与传统的4阶段交通规划模型相结合,采用用户均衡配流模型.为了反映上层模型的两个目标函数之间的trade-off关系,设计了基于Pareto最优的求解算法,并采用进化算法实现.文中提出的方法在北部湾区域公路网布局规划中得以运用.     

基于遗传算法的船舶推进轴系优化校中研究

阐述了用有限元法建立船舶推进轴系校中计算模型的基本过程,基于此可以求解轴系各个轴承间的负荷影响系数。以艉管后轴承负荷最小作为目标函数,以轴承变位为设计参量,提出了轴系校中优化设计问题,并给出了利用遗传算法进行求解的基本思路。通过工程实例计算,验证了该方法的可行性。