振动式分选机的设计与响应面优化

针对废铅酸蓄电池再利用的预处理过程,提出具有实际意义的振动式分选机的优化设计方法。首先,计算相关参数获得初始模型,借助ANSYS Workbench进行有限元分析,使其初步符合设计要求。其次,以减小质量、提高强度和提高第三阶固有频率为优化目标,选取关键尺寸参数为设计变量,通过中心复合试验设计方法选取合适的有限元分析样本点,利用最小二乘法拟合含交叉项的二次多项式,获得目标与变量的近似响应面数学模式,再运用遗传算法进行优化获得全局最优解。最后,对比有限元计算值与响应面计算值验证响应面法可行性。结果表明:减少质量5.9%,降低最大等效应力46.9%,提高第三阶固有频率30.1%,降低了优化计算量。     

高速电主轴可靠性优化与分析

运用ANSYS Workbench响应面优化和Six Sigma可靠性分析平台,在电主轴静力学分析基础上,以质量作为优化状态变量,最大变形作为优化目标进行可靠性优化设计;选取电主轴的几何尺寸、外载荷、弹性模量和前后轴承刚度作为随机输入变量,对电主轴进行可靠性分析。结果表明:优化后的电主轴静刚度提升了19.44%,达到设计标准值。可靠性灵敏度分析表明:杨氏模量、外载荷、前轴承刚度及内圆孔半径的随机变化对电主轴静刚度影响较大,优化后的电主轴可靠度达到98.459%,结构可靠性更高。     

火箭炮发射箱可靠性分析及轻量化设计

将结构可靠性理论与有限元法相结合,建立了火箭炮发射箱箱体的响应面随机有限元模型,并对箱体进行了刚强度可靠性分析和结构参数敏感度计算。以发射箱箱体质量最小为目标函数,以对发射箱箱体刚强度可靠度敏感性最高的3个参数为设计变量,以燃气流冲击作用下箱体刚强度可靠度为约束条件,对发射箱箱体进行优化设计。优化结果表明:在满足可靠度的条件下,发射箱箱体质量减小了12%。     

隐式功能函数结构体可靠性拓扑优化

考虑工程实际中外载荷、材料属性等的随机不确定性对结构安全性的影响,研究了具有结构位移可靠性约束的拓扑优化设计。建立以柔度最小为目标、以单元相对密度为变量、具有材料体积分数约束和结构位移可靠性约束的拓扑优化数学模型;针对运用有限元数值计算方法时结构功能函数为隐式的情况,运用响应面法近似逼近结构真实的功能函数;利用简便高效的一次二阶矩法计算结构位移可靠度;采用内循环为确定性的拓扑优化、外循环控制结构材料体积分数的策略对连续体结构进行可靠性拓扑优化设计。通过两个算例与确定性拓扑优化结果进行比较,结果表明所提设计方法是高效可行的。     

基于IRSM和IP-GA的车架非概率可靠度优化

以某牵引车车架为研究对象,对车架进行有限元分析,求车架结构的强度值。制造车架材料的密度和弹性模量存在不确定性,在求解可靠度时,要考虑这些参数的不确定性。运用改进响应面法(IRSM)构建不确定变量、设计变量与强度值之间的近似模型,求得车架原厚度的非概率可靠度指标。以设计变量相关车架部件的质量最轻为目标函数,车架原厚度可靠度指标为约束构建非概率可靠度优化模型。运用隔代遗传算法求解不确定性优化,并与确定性优化相比较。计算结果表明:在不降低车架原厚度可靠度指标的基础上,确定性优化和不确定性优化都能够做到轻量化,且不确定优化比确定性优化多减轻20 kg质量,有重要的优化设计价值。     

桥式起重机箱型主梁模糊可靠性优化

随机性是现实世界中不可回避的非确定性,为使桥式起重机主梁的设计更符合实际,充分考虑到设计中所存在的模糊随机,结合模糊可靠性与优化设计,以主梁的截面几何参数为设计变量,以主梁重量最轻为目标函数,以强度、刚度和几何限制为模糊约束条件,建立桥机主梁模糊可靠性优化数学模型。在优化过程中,建立对应的隶属函数,用最优水平截集将模糊问题清晰化,并通过编写MATLAB程序获得优化结果。新设计方法可以在可靠度不降低的情况下获得比常规可靠性优化设计减少1.81%,比传统设计方法减少7.27%的主梁结构。     

二元机翼颤振可靠性研究

机翼气动弹性模型参数一般具有不确定性,为了定量分析参数不确定性对二元机翼颤振可靠度的影响,采用响应面法结合确定性颤振分析对其进行了研究。通过v-g法求解气动弹性运动方程的特征值,获得确定性颤振临界速度,建立描述机翼颤振可靠度的隐式极限状态函数,利用响应面法进行函数拟合。采用验算点法计算颤振可靠度指标,获得设计验算点以及失效概率,分析颤振可靠性灵敏度,从而确定参数变化对机翼颤振的影响程度。最后通过算例分析,得出考虑参数随机性影响的可靠度比确定性分析的可靠度提高了4%,证明本方法切实可行,为机翼结构的颤振分析与优化设计提供理论依据。     

碟形直线超声电机优化设计

为了有效和快速地实现直线型超声电机的设计,提出了一种基于响应面法的直线超声电机优化设计方法并应用于蝶形直线型超声电机.响应面法是一种试验设计与数理统计相结合的优化方法.首先,利用有限元法建立定子的参数化模型并选定设计变量;其次,利用试验设计方法在变量空间里选取样本点,对各个样本点所对应的结构利用APDL建立有限元模型并进行模态分析和谐响应分析,得到对应各样本点的响应值,利用这些样本点和响应值建立定子响应面近似模型;最后,利用单纯形法找到最佳的设计方案.优化结果显示,蝶形直线超声电机的多方面设计要求都得以实现.     

高速列车蓄电池箱共振可靠性优化

高速列车蓄电池箱在受到激励频率的作用下会发生共振.为了提高蓄电池箱的共振可靠性,将可靠性分析与优化设计相结合进行高速列车蓄电池箱共振可靠性优化.首先通过模态分析得到蓄电池箱的固有频率,依据激励频率与固有频率的关系准则,建立蓄电池箱共振的失效函数,利用可靠性分析得到蓄电池箱的共振可靠度.然后采用灵敏度分析选取优化设计变量,利用最小二乘法拟合出优化目标和约束条件的响应面模型.最后以蓄电池箱共振可靠度为优化目标,一阶固有频率和质量为约束对蓄电池箱进行共振可靠性优化.优化结果显示,可靠性最优解远离约束边界,而且在提高蓄电池箱共振可靠性的同时减轻了结构质量.研究成果为蓄电池箱的进一步改进提供了理论依据.     

桥式起重机主梁稳健优化设计

在桥式起重机主梁截面几何参数的优化过程中,由于各设计变量存在不确定性干扰,传统优化设计常忽略这些不确定性因素对于产品性能及质量的影响,往往导致优化方案违反约束条件。文中通过有限元软件Ansys与多学科优化软件Isight进行集成,将响应面模型、蒙特卡洛模拟法和6σ质量设计相结合,以桥架的结构强度及静刚度为约束条件,对桥式起重机主梁进行稳健优化设计。结果表明,该方法不仅能使桥架结构自重降低12.5%,并降低了优化结果对优化参数波动的敏感性,大幅提高了各参数的可靠性和稳健性,为桥式起重机的设计及优化提供理论指导,具有较高的工程实际应用价值。