基于改进非支配排序遗传算法身复合材料身管多目标优化

针对复合材料身管设计时多个性能指标设计要求，基于有限元模型和优化设计方法，建立了复合材料身管多目标优化模型，优化的目标为身管一阶固有频率和身管质量，复合材料各层缠绕角和缠绕厚度为优化设计变量，优化方法采用改进的非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）；通过优化求解，获得了复合材料身管的Pareto最优解集；优化算例表明，采用NSGA-Ⅱ获得的Pareto前沿面曲线分布均匀，其所对应的复合材料身管设计方案在刚度和重量方面均有改善。     

某运发箱定向器多目标优化设计研究

为实现空投储运发射箱轻量化、保证空投安全性,对定向器进行多目标优化设计。在有限元参数化模型基础上,结合Isight优化平台建立运发箱定向器冲击动力学多目标优化框架;以复合材料定向器铺层厚度、角度为输入变量,定向器质量、最大位移、药柱最大应力为输出变量,采用最优拉丁超立方设计和径向基神经网络方法建立数学近似模型;采用非劣排序遗传算法及模糊集合理论,得到多目标优化模型的Pareto解集及选优方案,并与原方案进行了对比。结果表明:优化方案实现了储运发射箱的轻量化设计,并提高了空投安全性。     

陶瓷内衬多层复合身管结构多目标优化设计

应用轴对称弹性理论建立了陶瓷内衬多层复合身管的数学模型,编写了其应力计算程序.建立了复合管多目标优化模型,将该程序集成到多学科设计优化软件iSIGHT中,应用多目标遗传算法进行优化计算,获得了问题的Pareto最优解集.对选择的优化结果用有限元分析软件MSC.Marc进行了模拟与校核.该文提出的分析方法能够切实有效地解决复杂结构的多参数优化问题.     

基于多目标局部变异-自适应量子粒子群优化算法的复杂地形多传感器优化部署

对复杂地形下的多传感器部署问题进行研究,提出了基于多目标局部变异-自适应量子粒子群优化（LM-AQPSO）算法的多传感器多目标优化部署方法。该方法对复杂地形进行多属性网格建模,给出了传感器探测模型和优化目标。引进局部变异和参数自适应策略对量子粒子群优化算法进行改进,并提出了基于LM-AQPSO的多目标Pareto最优解集优化算法。考虑多目标部署需求,构建了基于Pareto最优解集的多传感器优化部署模型。仿真实验结果表明：相对于经典的改进非支配排序遗传算法,所提算法优化的Pareto最优解有着更好的收敛性和分布性,且寻优时间更短;所提模型能有效解决多目标多传感器部署问题,并能同时提供更多的决策方案。     

多管火箭炮射序优化

针对多管火箭武器的射击顺序会对其动态性能造成影响的情况,对多管火箭炮发射顺序的优化问题进行探究.把某火箭炮的发射动力学集成在多学科优化设计软件Isight中,采用Isight软件中自带的多岛遗传算法(MIGA),以火箭弹起始扰动的中间偏差最小作为优化目标对多管火箭武器的射击顺序进行优化分析,计算结果验证了射序优化的可行性.研究结果表明:多岛遗传算法对于求解非凸的、高度非线性问题是一种较好的优化方法.该方法可以为同类型火箭武器射序优化提供参考和依据.     

复合材料身管热-结构耦合分析与优化

以纤维增强复合材料身管为研究对象,采用有限元方法,建立复合材料身管热-结构耦合分析模型并进行了求解;基于有限元分析模型和优化方法,建立了以复合材料身管质量最轻为优化目标、复合材料身管结构刚强度为约束的优化模型,对各层材料厚度和复合材料缠绕角进行了优化设计,优化方法采用多岛遗传算法和序列二次规划相结合的综合优化策略.优化算例表明,在满足身管强度和刚度要求的条件下,优化得到的复合材料身管设计方案,质量指标得到了很好的改善.     

多EFP定向聚焦战斗部设计与优化

为了实现弹药的高效毁伤,设计了一种可以同时实现定向和聚焦的多爆炸成型弹丸(EFP)战斗部,论述了多EFP定向聚焦战斗部结构与原理,分析了展开角度与EFP数目密度之间的关系。为得到最优的战斗部结构参数,以EFP的速度和总数为目标函数建立了战斗部参数多目标优化模型,并采用NSGA-Ⅱ遗传算法得到了Pareto最优解。在优化得到的战斗部参数基础上,对优化结构下的单个装药单元结构形成EFP过程进行了数值计算,并分析了靶距10、15 m和20 m下战斗部聚焦能力随定向瓣展开角的变化趋势。结果显示优化结构下的EFP初速达到2283.4 m·s~(-1),飞行稳定时经公式计算可穿透35.94 mm的45号钢靶;在靶距15 m处,定向瓣最佳展开角为91.15°,EFP数目密度为169枚·m~(-2)。     

基于有限元的某多管火箭炮模态分析

为掌握某多管火箭炮的发射动力学特性,文中利用CAD软件Pro/E建立某多管火箭炮的简化实体模型,然后将其导入ANSYS有限元软件建立有限元模型并计算,得到了详细的模态固有频率和振型,为某多管火箭炮的振动特性分析和结构动力特性的优化设计提供了依据。     

基于交叉效率排序多目标进化算法的备件供应优化

为了对备件供应网络进行优化并制定最优供应方案,以缩短总供应时间、减少供应成本和降低中断风险为目标,以备件满足度、库存容量等为约束建立了多目标优化模型。基于交叉效率排序多目标进化算法求得模型的非支配解集,同时决策出最优解。优化过程中采用改进数据包络分析计算各最优解的二次目标交叉效率,指导算法朝最优效率个体收敛,对求得的非支配解进行排序从而选择出最优方案。算例表明：通过交叉效率排序多目标进化算法优化得到了13个互不支配的备件供应方案,且确定了交叉效率为0.927 8的方案为最优方案;新算法优于未采用排序和采用自评效率排序的多目标进化算法。     

鱼雷武器系统方案多目标优化论证

根据鱼雷武器系统概念设计的费效多目标优化模型,采用多目标遗传算法(MOGA)求解Pareto最优解,并根据距离理想解最近的方法得到方案论证的最终满意解.文中讨论了一个鱼雷论证的数值算例.结果表明,多目标遗传算法能够应用于鱼雷武器系统的费效方案比较,方案集的多样性良好,分布比较均匀,决策的方法简单适用,能够在工程设计中使用.     

基于非支配排序遗传算法的振动主动控制优化方法

非支配排序遗传算法是一种基于Pareto前沿的低计算需求、有精英策略、约束处理简单的多目标优化算法。该算法能够搜索到Pareto解集,由专家根据具体要求进行客观的筛选,根据各个目标函数不同的加权进行合理选择最优解,满足了不同研究目的对同一系统的不同要求,这是单目标优化算法不可比拟的。以结构振动系统的结构振动能量和系统控制能量作为多目标优化函数,建立了振动主动控制系统的控制增益以及传感器和作动器位置、数量和长度的多目标优化配置数学模型,首次利用非支配排序遗传算法作为优化策略,并以悬臂梁作为算例,进行了仿真实验,验证了该方法的有效性和可行性。     

基于改进NSGA-Ⅱ的载人潜水器多开孔耐压结构优化

为提高载人潜水器耐压结构性能和设计效率,开展优化模型和优化算法的改进研究。进行耐压结构有限元模型的网格无关性分析,利用iSight软件对ABAQUS软件进行集成实现耐压结构的参数化分析,进行设计变量的灵敏度分析和降维处理以降低问题分析难度。利用最优拉丁超立方方法进行样本点的选取,进行样本点的参数化分析。基于典型近似模型对样本点进行拟合,选择拟合精度最高、满足工程需要的近似模型作为耐压结构的替代模型,并建立耐压结构多目标优化模型。结合正态分布交叉算子对第二代非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）进行改进,得到NSGA-Ⅱ的改进算法INSGA-Ⅱ,以改善NSGA-Ⅱ局部收敛等问题,在利用测试函数进行INSGA-Ⅱ的有效性验证的基础上,利用INSGA-Ⅱ进行耐压结构多目标优化求解。研究结果表明：参数化分析方法和高精度近似模型可平衡计算精度和设计效率之间的矛盾,在测试对比中,INSGA-Ⅱ所得到的Pareto解集在贴近性、均匀性和收敛性等方面均优于NSGA-Ⅱ,INSGA-Ⅱ得到的耐压结构多目标优化方案较NSGA-Ⅱ更优。     

导弹舵面的复合材料设计与分析

针对导弹武器所追求的降低结构质量、提高有效载荷和战斗力的目标,将某型导弹金属舵面进行了复合材料化设计。通过工程算法对该舵面结构进行三向刚度的等代设计,初步给出适当的复合材料铺层方式。利用有限元法对初步设计复合材料舵面进行了计算分析并优化出最佳铺层方式。基于刚度、强度、稳定性设计要求,开展了舵面结构复合材料铺层及厚度等细节优化设计,给出了复合材料舵面结构尺寸及铺层角度。对比分析金属舵面与复合材料舵面,发现在刚度等效的情况下,强度满足要求,稳定性良好,重量减轻一半左右。     

大展弦比复合材料机翼结构优化设计剪裁

结构优化设计剪裁是减轻结构质量、提高设计品质和产品竞争力的重要手段。以某无人机复合材料机翼为例,采用复合材料结构优化设计系统COMPASS进行满应力设计,给出满足结构静强度约束条件(应力、应变)的结构件总体尺寸分布;在初步设计尺寸基础上,进行以结构质量最小为目标,以复合材料铺层厚度、铺层角度为设计变量的数学规划法优化设计,最终确定满足翼尖变形、自振频率、颤振速度、操纵效率等约束条件的结构件尺寸分布。结果表明,通过复合材料结构优化设计剪裁实现了对大展弦比复合材料机翼结构的静力、动力和气动弹性综合优化设计,有效缩短研制周期,提高了结构效率。     

基于正交试验法的聚能装药结构优化设计

常用的聚能装药结构设计方法是在经验的基础上通过试验或数值仿真,确定装药结构数,从几个待选方案中选择相对较好的方案,并不是真正意义上的优化且设计周期较长。基于正试验法,提出了一种不需要构建目标函数、约束条件函数和进行微分计算的聚能装药结构优化方。以影响聚能装药破甲深度的药型罩锥角、壁厚等主要因素为设计变量,以破甲深度最大为目标数值,建立了基于正交试验法的优化模型。通过选择适当的正交表,把选定的设计变量的三水平配列于正交表中,在方差分析和F检验的基础上,求出设计变量的最优组合,反复迭代后得到全最优解。以125 mm聚能装药结构设计为例,进行了试算,计算结果表明：优化结构与原方案相,提高了破甲深度,表明了该优化方法的可行性。     

复合材料座钣动态响应分析及结构优化

为研究迫击炮座钣轻量化问题,提出了一种碳纤维复合材料座钣设计方案。采用碳纤维增强树脂基复合材料作为座钣主体,以大变形分散吸收后坐能量; 采用钛合金驻臼和边角承受后坐力,防止局部冲击损坏。基于三维Hashin准则开发了VUMAT材料子程序,模拟复合材料的失效行为。建立了复合材料座钣与土壤耦合的全炮非线性动态有限元模型,通过仿真计算获得了座钣最大应力和最大位移,分析了不同土壤类型对炮口扰动的影响。通过最优拉丁超立方试验设计,建立了座钣5层BP神经网络代理模型和多目标优化模型; 利用BP神经网络与带精英策略的非支配排序遗传算法对座钣进行了多目标优化设计。优化后炮口扰动显著降低,座钣质量比初始设计减少了11.38%。     

基于人工鱼群算法的制导炸弹多目标鲁棒PID控制器设计

采用先进控制理论设计的控制器往往阶次较高难以应用于工程实践,PID控制是目前工程中应用最广泛的控制方法.同时控制系统几乎都需要满足多个性能指标的要求,因此提出了一种基于人工鱼群算法的多目标优化方法.分析了制导炸弹控制系统的多目标要求,然后在满足系统鲁棒性的前提下,选取内、外回路的时域指标作为多目标优化的子目标,求解了系统的Pareto最优解,决策者可以在Pareto解中选取需要的满意解进而设计制导炸弹多目标鲁棒PID控制器.数值仿真表明,人工鱼群算法可以快速搜索到多目标问题的Pareto解,所设计的系统时域性能和鲁棒性好.     

火炮射击稳定性的序列二次规划算法与虚拟样机融合优化

火炮虚拟样机技术可对机械系统自动形成动力学方程并求解.序列二次规划(SQP)算法是在每迭代点构造二次规划子问题,以该子问题的解作为迭代搜索方向,逼近约束优化问题的解.该算法通过与虚拟样机融合,利用序列二次投影算法对火炮结构参数及稳定性进行了研究.此算法也可拓展到其他机械系统的设计和分析.