Multi-Objective Optimization of Torsion Springs for Solar Array Deployment

For solar array deployment, most existing studies mainly focus on modeling method of deployment dynamics, characteristics of hinges, and synchronization mechanisms. However, torsion springs, which work as the drive mechanisms, have hardly attracted people’s attention. In this study, the influence of the parameters of torsion springs on the deployment behavior of a solar array system with clearance joint is investigated by simulation experiments. The experimental results indicate that the deployment performances are very sensitive to the parameter values of the torsion spring. Suitable torsion springs are highly needed to improve the deployment dynamics of solar array system. Therefore, a multi-objective optimization method for the design of torsion springs is proposed. The objective of the optimization is to make the contact-impact force in revolute joint and the mass of the torsion spring minimum under the constraints of deployment time and structure strength. Finally, the effectiveness of the multi-objective optimization method is verified by an optimization example of solar array system.     

充填粗糙节理直剪数值模拟宏细观分析

利用颗粒流数值计算方法对岩石充填节理直剪作用下力学性质进行研究,从细观角度分析不同法向荷载下粗糙节理面的损伤情况;探讨充填节理粗糙程度、充填物强度参数、充填物与围岩接触面强度以及充填厚度对节理剪切强度的影响,结果表明:（1）随着法向荷载的增大,上下节理面接触状态及粘结力分布规律发生转变,充填节理面粘结破坏明显增加;（2）节理粗糙度系数（JRC）对峰值剪切应力的影响较大;随JRC的增加节理峰值剪切强度增大;节理面粘结力呈类线性增长,而内摩擦角随JRC的增大而呈明显的非线性变化;（3）随节理充填物粘结强度比的增加,峰值剪切应力增大;随充填物强度比的增加,节理面粘结力出现明显的增长,而内摩擦角呈现先下降后增加的趋势;（4）当法向荷载较小时,峰值剪切应力受接触面粘结强度比的影响较大;当法向荷载较大时,其对峰值剪切应力的影响程度明显降低.节理面粘结力和内摩擦角随接触面粘结的增加分别呈现出非线性增长和下降的趋势.（5）节理剪切力学形式随充填后的增加呈现降低的趋势,然而随着厚度的不断增加,所带来的剪切力学参数变化程度逐渐减小.      

Numerical study on die design parameters of self-pierce riveting process based on orthogonal test

The concave die design of self-pierce riveting （SPR） is of critical importance for product quality. The optimization of concave die parameters based on orthogonal test is proposed to explore the relationship between self-pierce riveted joint quality and die parameters. There are nine independent die parameter factors in orthogonal test and each factor has 4 levels. In order to evaluate the interlock and neck thickness, we carry out numerical simulations by the software DEFORM-2D. Then, the primary and secondary factors that affect the joint quality have been found out by means of range analysis. Finally, an optimization scheme is brought forward to design concave die in SPR process, which indicates that the joint has higher quality than that of former orthogonal tests. This work can be extended by a detailed mechanical and fatigue analysis for the joint quality of SPR process.     

Coast-Down Modeling of Canned Motor Based on Torque Behavior Study

The coast-down behavior is specially designed to satisfy the certain flow requirements in a special kind of canned motor pump when it is used in primary reactor coolant system. However, coast-down models once used are not suitable for designing ultra-large canned motor pumps with flywheels, in which case rotor's fluid resistance of canned motor is modeled by an empirical constant. When the size of canned motor increases, the error of empirical relationship becomes remarkable. In thrall to material's density and strength, flow resistance of coast-down behavior should be dynamically modeled accurately to reduce the demands of materials. In this paper, an improved analytical model is proposed to study barbell-like canned motor's coast-down characteristic based on basic torque behavior researches in Taylor-Couette flow and hydraulic coupler, where bearing's resistance is ignored. This model takes geometric and kinematic parameters into consideration. In addition, the influence of pressure and temperature is coupled into this coast-down model by using Reolands' viscosity relationship.Based on this model, coast-down behavior is studied and parameters sensitivity analysis is conducted from design view point. Parameters sensitivity analysis indicates that the density and distribution of materials have more remarkable influence on coast-down behavior compared with working condition and geometric parameters.     

DDA方法中节理参数定义方式的改进

为提高非连续变形分析（discontinuous deformation analysis,DDA）方法程序中节理参数赋值的精度,在DDA原程序节理参数定义的基础上,提出了一种节理参数定义方式的改进方法.首先,根据节理的物理力学性质,对原DDA中节理参数定义存在的非一致性问题进行了分析;其次,由节理参数是由构成节理的两个结构面共同决定的特性,对程序中的节理参数进行了重新定义;最后,对DDA原程序中节理参数赋值部分进行了修改和补充,给出了相应的程序计算流程,并通过块体1和块体2的相对滑动算例对改进后的DDA程序进行了验证.研究结果表明:当块体1和块体2交换力学参数时,其间节理仍为同一性质节理;两种工况下,块体1的速度和位移保持一致,说明改进后的DDA程序能够很好地实现同一节理参数赋值的统一.      

Welded joint fatigue reliability analysis on bogie frame of high-speed electric multiple unit

A new method for welded joint fatigue reliability analysis on bogie frame of high-speed electric multiple unit (EMU) is proposed according to the International Union of Railways (UIC) standard, the Britain Standard Institute (BSI) standard and the Miner rule. Firstly, the fatigue calculation condition is loaded according to the UIC standard. The welded joint damage ratio is calculated by the BSI standard. Fatigue reliability analysis is conducted for a typical welded joint based on probabilistic design system (PDS) module in software ANSYS 14.0. In the system, the automatic program is prepared by ANSYS parametric design language (APDL) to calculate the welded joint fatigue damage ratio. Meantime, the relationship between the input variables and the output response is fitted by the response surface (RS) method. Then, the RS method is improved by the orthogonal design. Specifically, the selecting process optimization for the RS method based on the orthogonal design is conducted to improve the fitting efficiency of the RS method. Finally, a program of the automatic analysis documents is generated by Microsoft foundation class (MFC) technique. Through the self-defined interface, the researchers can easily import the automatic generation of the orthogonal table into the PDS module and analyze the fatigue reliability. Results show that the improved RS method can better fit the RS which covers the sample area, and the distribution law agrees well with the actual situation. At the same time, the improved RS method reduces the calculation time.     

大跨城市隧道施工三维有限元分析

针对城市大跨度隧道施工特点,考虑材料和几何非线性的影响,基于大型有限元分析软件Midas GTS,建立结构与围岩连成的三维弹塑性大变形计算分析模型,模拟隧道施工的过程,得出了隧道开挖不同阶段的围岩应力、变形的分布状态,据此对隧道稳定性进行评价。通过开挖过程的三维数值模拟,可了解大跨度隧道围岩应力分布、支护受力状态,剖析施工过程对围岩稳定的影响,从而为采取合理的措施调整支护参数提供重要依据和参考。     

基于灵敏度分析的大跨桥梁结构有限元模型优化研究

本文给出了一种基于灵敏度分析的大跨桥梁结构有限元模型优化方法。具体步骤如下：（1）通过竣工资料建立有限元模型;（2）利用成桥试验技术报告确定目标函数与修正参数;（3）采用灵敏度分析方法确定修正参数与目标函数的关系,将结构的有限元模型优化问题转化为数学模型的优化问题;（4）采用线性加权法将多目标优化转化为单目标优化问题,并利用二次规划法进行优化求解;（5）用优化后的结果代入有限元模型计算。采用上述方法对金塘大桥主通航孔桥的结构有限元模型进行优化,结果表明：优化后的计算响应值与实测响应值的误差控制在5%以内,验证了上述方法的实用性。     

基于扩展置信规则库的海盗袭击事件风险预测

为有效应对海盗袭击事件，减少可能产生的损失，本文提出一种新的基于扩展置信规则库 (EBRB)联合优化的海盗袭击事件风险预测模型。通过引入Relief F算法和差分进化算法，从结构和参数两个角度对EBRB系统进行优化，以确保EBRB系统具有最优的参数数量和取值，利用实际海盗事件数据集进行模型验证。结果显示，联合优化的EBRB系统预测结果与实际情况的拟合效果较好，相对于初始的EBRB系统，联合优化EBRB系统将海盗事件的风险预测准确性提高 了60%。此外，与现有其他预测模型对比发现，基于联合优化EBRB系统的预测模型在提高预测准确性方面具有一定的优势。     

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优化应急车辆调度是降低突发事件造成重大人员伤亡和财产损失的有效手段. 在分析应急车辆调度问题、决策目标、决策变量和目标函数的基础上,构建了最小化整体损失的理想化调度模型. 针对该理想模型的参数难以确定的问题,提出以广义响应时间为基础,以实时交通量辅助决策,采用简化约束条件的方法建立了城市应急车辆调度的优化模型. 分析了路段行程时间和交叉口行程时间的计算,依据路段交通流量对城市应急车辆调度的影响划分道路服务等级. 基于威海市实际案例的分析结果表明,简化模型能够辅助优选应急车辆调度方案,验证了该方法的有效性.     

高速列车运动稳定性设计方法研究

从车辆结构特征和系统参数对高速列车运动稳定性影响的关系出发,提出了合理的遏制车辆蛇行失稳控制策略,并利用灵敏度分析对控制策略进行了验证.针对系统参数的非线性影响、工程应用以及服役特性,探讨了临界失稳速度设计目标值的确定原则;从车体质量、二系悬挂刚度及阻尼、轴箱纵横向定位刚度等悬挂参数的工程应用角度,给出了参数的选择范围;从列车运动稳定性对参数灵敏度和参数对动力学性能的影响,提出了基于灵敏度的优化原则和性能均衡原则,并引入了运动稳定性的可靠度设计理念.      

基于模糊理论的车辆变刚度弹簧组可靠性优化设计

为提高变刚度弹簧组的设计质量,在传统优化设计方法的基础上,应用模糊设计理论和可靠性设计理论,建立了当弹簧应力和强度分别为随机变量和模糊变量时,综合考虑静强度、疲劳强度、稳定性、质量等因素的变刚度弹簧组的模糊可靠性优化设计模型.以货车某新型变刚度弹簧组为研究对象,利用建立的模型对其进行了优化设计分析,计算结果显示,空重车静挠度分别比原设计方案提高了5.4和3.2 mm,同时还使其总质量降低了约15.8%,表明所建立的模糊可靠性优化设计模型能满足设计要求.      

基于实数编码遗传算法的桥梁有限元模型修正方法

为克服传统桥梁有限元模型修正迭代优化过程中存在的局部收敛和提高模型修正精度, 提出了联合实数编码遗传算法与静动力实测数据的有限元模型修正方法; 引入四边形等参元理论和牛顿迭代法编制宏命令, 实现有限元模型中车辆荷载的快速自动加载; 基于结构有限元模型静动力特性构造目标函数, 以实数编码遗传算法为优化策略, 采用MATLAB平台建立了有限元模型修正框架; 通过对一个简支框架结构的数值模拟, 对比了所提出优化方法与其他方法的收敛效率和修正结果, 以验证所提出方法的有效性; 采用拉丁超立方体抽样分析了有限元模型参数变化对桥梁动力响应的影响, 以确定待修正参数, 并采用所提方法修正了一座改建的空心板桥梁的实体有限元模型。分析结果表明: 零阶算法和一阶算法对参数的敏感性和修正范围依赖大, 选用敏感性较小的参数或者参数修正范围大于50%将会导致错误的修正结果; 实数编码遗传算法对初始输入不敏感, 可避免局部收敛的情况; 采用灵敏度分析得到的主要待修正参数有空心板弹性模量、现浇层弹性模量以及支座横桥向和顺桥向的约束刚度; 修正后的空心板弹性模量增幅约为19.13%, 现浇层弹性模量增幅约为16.00%, 横向约束刚度增幅约为46.21%, 纵向约束刚度增幅约为72.72%, 修正后的有限元模型的静动力特性与实测响应吻合良好, 各测点静力响应误差均小于4%, 动力响应误差小于3%。      

模拟退火算法在军事运输路径优化中的应用及求解

提出运用模拟退火算法求解军事运输路径优化问题的技术思路,并根据部队运输实际问题,建立优化模型,利用MATLAB程序求出了优化路径。运算过程表明,在对计算参数进行了试验性的估计选择后,模拟退火算法的收敛性和有效性得到更大的提高,可以应用于军交运输的实践。     

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提出了一个在有高速公路和城市干道的组合路网中设置可变信息标志(CMS)组位置的最优化模型．与文献中现有的模型相比较，本文的模型有效地达到了实际规模道路网络计算复杂性问题和确保求解模型的质量之间很好的平衡． 本模型具有三个不同的特征：(1)认为在路网中设置安装可变信息标志(CMS)系统是一个必须同时考虑现在和未来需要和利益的典型的规划问题；(2)评估由于在路网中设置了可变信息标志(CMS)系统而带来的交通效益是通过具有不同交通分布型态的多个时段来完成的；(3)考虑了在不同的路段上和时段内交通事件的特征本质上是变化的因素．本文还进行了敏感性分析，用以检验在各种不同的交通输入参数中，如交通需求、交通事件特征值、以及驾驶员交通行为的不确定性对可变信息标志系统(CMS)在路网中的最优设置的潜在影响．最后，本模型应用于加拿大多伦多的401高速公路和辅道组成的混合道路系统，并且对CMS系统设置结果进行了检验．     

基于HAM的汽车乘员约束系统多参数优化

针对汽车乘员约束系统高度非线性且难于求解最优值的特点,提出全局敏感性分析结合混合元模型的优化方法,通过蒙特卡罗模拟在整个设计空间内采样,以元模型代替仿真模型来完成设计参数的敏感性分析,并将分析获得的信息用于混合元模型优化（hybrid and adaptive metamodeling method,HAM）,将二阶多项式响应面、Kriging模型、径向基函数三种元模型有机结合,自适应选择最佳的元模型进行寻优.搜索过程中元模型不断更新与重建,逐渐提高关键区域的精度,从而快速寻找到全局最优解.对某工程实例的优化结果表明该方法是有效的.     

前悬架钢板弹簧动力学建模及刚度优化

用离散梁法建立钢板弹簧的动力学模型,采用ADAMS／Insight分析动力学参数对钢板弹簧刚度的影响,应用ADAMS／View中的Optimization实现对钢板弹簧的弹性模量和绕Y轴的转动惯量等动力学参数的修正,最终通过仿真分析完成对钢板弹簧刚度的优化。对优化前、后的刚度曲线和理论曲线进行对比分析,验证了模型的有效性,为整车动力学模型的建立和仿真分析奠定了基础。     

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主要讨论基于用户平衡原则的交通网络优化问题。这些问题大致上可以分为二大类:一类是涉及到确定性用户平衡原则；另一类是考虑随机性用户平衡原则。众所周知，运筹学中的双层规划模型能够完美地刻画这些问题，但是所建立的双层优化模型往拄属于不可微优化问题的范畴，这就给设计有效的算法带来了很大困难.此文首先从模型和算法的角度总结了有关这类问题已有的研究成果，接着介绍有关这方面的最新的研究进展，即如何把用户基于平衡原则下的交通网络优化问题的双层规划模型统一地转换为一个连续可微的单层最优化问题，并设计统一的算法。作为统一的算法方面的研究，我们可以看到增广的拉格朗日方法可以用来解上述的第一类问题，而基于灵敏度的分析的序列二次规划方法完全有能力解上述的第二类问题。     

Sensitivity analysis of parameters for multi-stand roll forming using a new booting model

Multi-stand roll forming is a process that has very complicated deformation behaviour and shows significant nonlinearity.In this paper, the sensitivity analysis of parameters for multi-stand roll forming was performed via a new booting finite element method(FEM) model.Compared with the most of simulation, the new model is more consistent with production process and can account for the effects of roll rotating speed.Based on the model, the process of an open section channel formed with 10 passes was simulated and the sensitivity analysis was conducted with orthogonal experiment design combined FEM model.The multi-stand roll forming process can be efficiently analyzed by the new booting model.And sensitivity analysis shows the hardening exponent plays an important role in controlling the quality of the products.     

基于GIS的管网爆管分析算法优化与实现

爆管分析是城市地下管网管理中的一个重要管网分析功能,当前的多数管网系统所采用的爆管分析算法、管网数据模型及实现技术难以提供最优的爆管分析方案.文中采用Geodatabase网络模型将管网数据建模为几何网络和逻辑网络,在管网数据模型中明确表达网络流向,并一体化集成存储管网数据,并利用ArcEngine的网络访问接口扩展优化传统爆管分析算法——广度优先遍历算法,实现了支持环状管网的爆管分析功能,此优化方案已成功地应用于大连石化矿区管网综合管理系统.