基于有限元法及遗传算法的推力杆球铰多目标优化方法

为优化推力杆的球铰结构并提高其疲劳寿命,提出一种基于有限元法和遗传算法的推力杆球铰多目标优化方法。该优化方法通过有限元法计算不同橡胶衬套预压缩量和球铰结构的推力杆球铰橡胶衬套的应变分布特征和刚度参数,进而得到推力杆刚度参数、橡胶衬套预压缩量与球铰关键结构参数之间的关系,并在此基础上采用遗传算法建立推力杆球铰的多目标优化模型。利用建立的多目标优化模型计算得到推力杆球铰的优化方案。样件台架试验结果表明,此优化方案使推力杆球铰的疲劳寿命提高了7倍。提出的多目标优化方法充实了变截面橡胶-金属复合结构的设计理论,并为推力杆的优化设计提供了理论依据。     

交通流特征深度认知的车队运行参数优化方法

为提升车队对周围交通流环境的认知能力,获取车队周围多车的运行模式,同时通过改变车队运行参数实现车队群体对周围多车群体运行模式的诱导变化,为提升车队及交通流整体运行效率提供优化策略,提出了基于狄利克雷混和高斯过程的车队周围多车运行模式获取算法,将车队周围多车车辆的复杂运行模式视为混和高斯过程,利用狄利克雷分布作为高斯混和权重的先验分布,建立车队周围多车运行模式速度场,从而获取车队周围多车运行模式并分类;通过比较不同多车运行模式下车队的运行效率,提升车队对所处运行环境的认知能力。研究结果表明:利用非参数贝叶斯算法将复杂的多车运行状态进行分类,获取的车队周围多车运行模式可表现为对车队运行效率产生不同影响的速度场;通过将车队周围的多车运行仿真数据分成多个运行模式,可获取不同多车运行模式下车队及交通流整体运行特性;通过更改车队运行参数,观察不同多车运行模式的占比变化,可获取车队运行参数对所处运行环境改变的影响趋势;车队周围多车运行模式的获取,不仅可以提升车队对周围运行环境的认知能力,使得车队能够选取有利路径行驶,同时能够为车队运行策略的优化提供有效的信息。     

应急设施鲁棒优化选址模型及算法

为解决不确定情况下应急设施选址问题, 采用鲁棒优化方法处理应急节点权重的区间估计, 基于最优的设施选址到各个应急节点的赋权距离之和最小, 建立有限期要求的不确定性应急设施选址模型, 并给出了模型的求解算法, 比较分析了鲁棒解与确定情况下的最优解。分析结果表明: 当情况发生变化后, 在确定情况下得到的最优解将发生较大的偏差, 而在所有可能发生的情况下, 鲁棒解与最优解目标函数值的最大偏差最小, 因此, 不确定性应急设施选址模型的解可以有效规避风险。     

高速排水型舰船加装尾板的节能机理

  目的  尾板设计一般追求高速减阻,对于同时以巡航和设计航速为优化目标的水面舰船尾板设计,其航速覆盖范围广,需重点对尾板参数的选取予以研究。  方法  采用计及航行姿态的粘性兴波流场数值模拟与模型试验验证相结合的设计方法,开展尾板多工况参数化优化设计。通过多方案数值仿真与阻力、自航模型试验的对比分析,总结得出尾板长度和下反角对于排水型水面舰船巡航和设计航速减阻节能的影响规律,并对CFD数值模拟结果的有效性进行初步的分析验证。  结果  结果表明,通过对尾板参数的优化,巡航航速约可节能3%,设计航速约可节能5%,达到了巡航和最大航速同时实现减阻节能的设计目标。  结论  所做研究可为后续排水型水面舰船尾板参数的优化设计提供理论支撑。     

某型通气管升降装置的特点分析及改进建议

  目的  开展潜艇通气管进气阀结构优化,减小进气阻力,对潜艇的节能降耗和工作安全具有重要意义。  方法  采用计算流体动力学（CFD）方法对进气阀的阻力特性进行模拟分析,并通过实验验证计算结果的准确性。同时,对阀盘行程和进气角度这2项参数进行调节与分析,得到进气阀阻力及结构的相关规律。  结果  结果显示：进气阀压力损失随阀盘行程的增大而逐渐减小,但在阀盘行程h>244 mm之后继续增大阀盘行程对降低压力损失的贡献不大;当进气角度θ>65°时,进气阀压力损失会急剧上升,而当进气角度θ < 65°时,角度变化对进气阀压力损失的影响不大。  结论  研究表明,阀盘行程和进气角度对进气阀阻力特性具有重要影响,通过结构优化,可显著降低进气阀的进气阻力,所得结果对工程设计具有一定的指导意义。     

潜艇外部耐压液舱结构型式研究

  目的  为了简化建造工艺和减轻液舱结构重量,对外置式耐压液舱实肋板结构进行拓扑优化和开孔尺寸优化设计。  方法  首先,利用Hyperworks/Optistruct对外置式耐压液舱整体模型进行结构应力分析。然后,在拓扑优化中,除与液舱壳板和耐压船体壳板相连的约100 mm长条状范围外,以实肋板其他范围内的单元密度为设计变量;以与实肋板相连的液舱壳板和船体壳板上结构的典型应力及实肋板体积分数为约束,以实肋板上最大Mises应力最小化为目标,针对满载和空舱两种工况,利用商用软件Hyperworks/Optistruct对实肋板结构进行拓扑优化。最后,基于Matlab和ANSYS联合优化,以实肋板上von Mises应力和剪应力为约束,以相应结构重量极小化为目标,对实肋板开孔进行尺寸优化,从而得到精细化开孔方案。  结果  拓扑优化结果表明,外置式耐压液舱实肋板开减轻孔应集中在中、下部。开孔尺寸优化结果表明,相比初始方案,实肋板剪应力增加38%,其他关注区域应力相当时,内部实肋板上结构重量可降低19%。  结论  两类优化设计均表明,外置式耐压液舱实肋板开减轻孔应集中在中下部,且从下到上开孔面积应逐渐减小。     

区域运输通道内客运方式分担率模型

鉴于Wardrop原理假设通道内的旅客对各种运输方式的实际出行费用能够完全准确估计的不足, 利用不确定规划理论, 结合不同出行距离、不同收入水平的旅客对运输方式服务属性的评价, 用数学期望表示旅客出行的广义费用, 提出了不确定条件下运输通道内各种运输方式旅客最优和运输系统最优客运量分担率计算模型, 以及多目标客运量分担率计算模型, 并设计了用于求解模型的基于随机模拟的遗传算法。客运量分担率的预测结果与实际测量值之间平均误差为8.13%, 说明本模型能够有效地模拟旅客在出行时对运输方式选择的不确定性。     

城市公交线网优化的理想决策方法

为了优化城市公交线路网络, 用定量分析法把城市公交线网优化的目标及约束条件用特定函数表示, 在定义理想方案的基础上, 以目标函数为因素指标集, 以备选方案为论域集, 求出各个备选方案到理想方案的二维距离, 按距离大小对方案排序, 得到城市公交线网优化的最佳方案。优化结果表明, 优化后公交线网利用率增大, 可达性良好, 优化结果符合实际, 该方法是合理可行的。     

机场最小起降带模糊优选理论模型

应用多目标决策模糊优选理论, 研究了抢修方法、弹坑工程量等因素对机场最小起降带方案评判结果的影响, 建立了最小起降带模糊优选理论模型, 给出了相关参数的建议值。结合抢修实例对模型和参数进行了检验, 发现方案评判结果的优属度量化值由只考虑抢修时间影响的0.83提高为综合评判后的0.98。结果表明该模型可以较好地评价机场最小起降带方案的综合优劣程度, 所得决策结果与实际情况比较吻合。     

三相不平衡度算法的比较研究

  目的  船舶照明配电三相平衡设计是照明系统设计中的重要工作,为提高三相平衡设计的效率和精度,提出基于改进模拟退火（SA）算法的三相平衡优化设计方法。  方法  首先,归纳下级照明分配电箱和上级配电板这2个级别的三相平衡设计最优化模型;然后,对模拟退火算法产生新解的过程进行改进,进而将其用于求解船舶照明分配电箱和配电板的三相平衡设计;最后,采用Matlab平台进行实船验证。  结果  结果表明,采用该方法可以在1 s以内完成4个分配电箱及上级配电板的三相平衡优化设计。  结论  所提方法可用于代替传统照明配电设计中负载三相分配的繁重工作,提高照明系统设计效率。