考虑气动弹性约束的复合材料支撑机翼优化设计

基于遗传-敏度混合算法对复合材料支撑机翼开展考虑气动弹性约束的优化设计,并与常规机翼构型进行比较。在严重载荷状态下,以结构质量最小化为目标,以翼尖变形、屈曲稳定性和颤振速度为约束,设计复合材料机翼铺层和支撑结构参数,并研究不同支撑点位置对于优化设计结果的影响。结果表明,复合材料支撑机翼构型能大幅减少弯曲方向上的铺层材料,有明显的减重优势。支撑点位置对于结构质量、屈曲稳定性和扭转刚度分布有较大影响,支撑结构的屈曲破坏在复合材料支撑机翼的结构设计中要引起重视。     

基于复合形算子的基础支护桩优化设计智能算法研究

本文通过遗传算法和传统复合形搜索法相结合,基于对遗传算法算子计算结构的调整,并将遗传算法与神经网络相结合,提出并研究了一种新的优化设计方法,协同求解复杂工程中的优化问题。并针对悬臂式支护桩的优化设计的数学模型,采用该算法进行了优化设计分析;计算结果表明,该算法可克服遗传算法最终进化至最优解较慢和人工神经网络易陷入局部解的缺陷,具有较好的全局性和收敛速度。     

基于遗传算法的大型风机复合材料叶片根部强度优化设计

为了提高复合材料叶片承担载荷的能力, 尤其是承受最大弯矩的叶片根部的承载能力, 研究了遗传算法的优化原理并将遗传算法应用到复合材料叶片根部铺层的优化设计中。针对复合材料层压结构遗传算法优化设计中, 层压结构参数具有离散型的特点, 提出了适合复合材料层压结构遗传算法优化设计的整数编码策略, 以整数来表征层压结构参数。在分析层压结构强度的基础上, 针对结构强度优化的目标构造了可用于遗传算法的适应度函数。同时参考了一定的铺层规则, 在铺层角度限制为工程中常用的四种角度的前提下, 应用遗传算法对叶片根部进行了铺层优化设计。结果表明, 由于遗传算法特有的处理离散型问题的优势, 在叶片根部的铺层优化设计中应用遗传算法是可行和可信的。     

采用等效有限元模型的复合材料机翼结构优化

在机翼设计过程中,将等效有限元模型(EFEM)方法应用于考虑静力学和动力学要求的机翼结构优化。提出了"三步走"的结构优化策略,将一个多变量的复杂优化问题转换为一系列少变量的简单优化问题,对某支线客机的复合材料机翼进行了优化设计。首先以位移、静强度和颤振速度作为约束条件对机翼复合材料铺层比例进行优化;然后以静强度和结构稳定性作为约束,以最小化结构质量和结构效率作为优化目标,对各翼肋之间的加强壁板进行优化设计;最后再以位移和颤振速度为约束,对机翼结构总体刚度进行优化设计。结果表明:EFEM方法具有快速建模和计算量少的优点,采用"三步走"优化策略具有更高的效率,适用于初步机翼结构优化设计。     

大展弦比复合材料机翼气动弹性优化

使用遗传/ 敏度混合优化算法对大展弦比复合材料机翼进行气动弹性优化设计研究。在满足强度、位移、发散速度和颤振速度等约束条件的前提下, 以机翼各部件复合材料铺层的厚度为设计变量, 对结构进行重量最小化设计。研究表明: 弯曲变形严重影响最终的优化重量, 是设计大展弦比复合材料机翼结构时应该重点考虑的问题; 按照应力设计准则对这类结构进行设计, 往往很难满足弯曲变形的要求; 使用遗传/ 敏度混合优化算法对大展弦比复合材料机翼进行气动弹性优化设计能够在可以接受的计算耗费下获得满意的结果。      

最小偏差法在机械多目标优化设计中的应用

提出了处理多目标问题的最小偏差法,并将其应用于机械多目标优化设计。以流体动压滑动轴承多目标优化设计为例,建立了以摩擦系数最小、发热量最小和承载能力最大为目标函数的多目标优化设计数学模型,根据最小偏差法原理构造统一目标函数,利用改进遗传算法对该问题进行了优化设计。算例整个求解过程和结果表明,该方法既可以避免人为因素的影响,又能够获得比常规设计更佳的设计参数,同时也验证了所提方法对于解决机械多目标优化设计问题的有效性和可行性。     

复合材料机翼结构热校形工艺实验及数值模拟

纤维增强树脂基复合材料机翼结构复杂,往往存在明显的固化变形现象,严重影响机翼的装配和气动特性。本研究目的在于建立大型复合材料复杂结构的热校形工艺方法,解决复合材料机翼制造的变形控制问题。针对复合材料机翼的固化变形特点,设计了新的热校形夹具工装。在评价复合材料应力松弛特性的基础上,建立了大型复合材料机翼结构热校形工艺的有限元模拟方法,实现了对热校形后机翼结构残余变形的有效预报,分析了校形载荷、校形温度等关键工艺参数对校形效果的影响规律,形成优化的热校形工艺方案。模拟及实验结果表明,复合材料热校形工艺可以适用于大型复杂结构,复合材料机翼89.5%的固化变形被热校形工艺的残余变形抵消,达到机翼的装配和气动外形要求。      

复合材料层压板的纤维铺设角全局优化的遗传算法解法

本文利用遗传算法不需要梯度信息的全局优化能力，结合商用复合材料结构分析有限元软件，对复合材料层压板的各层纤维铺设角的全局优化设计问题进行了研究，算例的计算结果表明该方法是可行的。     

整体成型复合材料模型机翼设计方案优选与验证

采用多级优化方法,对给定外形和尺寸的复合材料模型机翼进行了设计方案优选。首先基于单因素的效能评估和灰关联度的综合效能评估对机翼进行了结构布局设计,然后采用有限元法对工字梁机翼进行结构细节优化与铺层设计,最后采用基于真空袋法的整体成型工艺制备了蒙皮-夹芯、蒙皮-加筋、C型梁和工字梁等4种典型结构的复合材料模型机翼,并利用三点弯曲试验对优选设计方案进行了验证。优化结果表明：工字梁机翼结构效能水平最高,其次是后C型梁机翼,结构效能最差的是蒙皮-腹板机翼,梁凸缘采用等厚度变宽度可获得近似等强度梁结构。试验结果验证了优化设计方案的有效性。     

基于CAD模型的复合材料机翼成本快速估算

在机翼方案设计阶段需要快速对复合材料机翼的制造成本进行评估。基于制造工艺成本模型开发了复合材料机翼成本估算模型。应用CATIA 二次开发技术编制了模型生成器,实现了参数化建模过程自动化,并为成本模型提供计算所需几何特征信息。实现了机翼设计方案CAD模型与成本分析模型无缝连接的自动化计算过程,给出了实现该过程的流程和主要步骤。以某型无人机复合材料机翼为例,验证了该方法的确能对不同结构布置形式和不同外形的复合材料机翼设计方案进行快速成本评估。估算结果表明,在外形相同的情况下,梁的个数增加1个,肋的个数减少4个的复合材料机翼,其总成本增加了约2.5%;在结构布置相同的情况下,展弦比和梢根比的变化对该复合材料机翼总成本的影响不大。       

包装物回收物流中的车辆路径优化问题

目的提高遗传算法(GA)求解包装物回收车辆路径优化问题的性能。方法通过对传统GA算法的改进,提出混合蜂群遗传算法(HBGA)。首先改进传统GA算法的初始种群生成方式,设计初始种群混合生成算子;其次,提出最大保留交叉算子,对优秀子路径进行保护;然后,在上述改进的基础上引入蜜蜂进化机制,用以保证种群多样性和优秀个体特征信息的利用程度;最后,对标准算例集进行仿真测试。结果与传统GA算法相比,HBGA算法在全局寻优能力、算法稳定性和运行速度方面均有所改善。HBGA算法的全局寻优能力和算法稳定性均优于粒子群算法(PSO)、蚁群算法(ACO)和禁忌搜索算法(TS),但运行速度稍慢于TS算法。结论对传统GA算法的改进是合理的,且HBGA算法整体求解性能优于PSO算法、ACO算法和TS算法。     

纸塑复合袋磁力压紧纠偏装置设计及优化

为解决纠偏传输时纸塑复合袋易产生褶皱的问题,设计了一种磁力压紧纠偏装置。首先,综合利用磁压紧皮带、传送带和磁铁位置调整装置等零部件,完成了纸塑复合袋磁力压紧纠偏装置的结构设计,并根据纸塑复合袋的受力分析,建立了动态磁力压紧纠偏数学模型。然后,对纸塑复合袋磁力压紧纠偏装置进行有限元建模,并根据纸塑复合袋纠偏过程设置边界条件及接触参数,采用显示动力学分析方法对其动态纠偏过程进行仿真。接着,基于仿真结果,结合BP（back propagation,反向传播）神经网络和GA（genetic algorithm,遗传算法）（简称为BP-GA算法）,建立了纸塑复合袋磁力压紧纠偏装置工艺参数优化模型。最后,通过相应的计算程序,实现了纸塑复合袋磁力压紧纠偏装置工艺参数的优化。结果表明：所设计的纸塑复合袋磁力压紧纠偏装置能较好地实现纠偏功能,可使纸塑复合袋在传输时产生的褶皱符合设计要求;纠偏时该装置的最优工艺参数为电磁铁磁力为7 N,左、右两侧皮带组件的间隙为476 mm,皮带组件与纸塑复合袋之间的动摩擦系数为0.25,实验结果与基于BP-GA算法的寻优结果较为一致。研究结果可为纸塑复合袋连续磁力纠偏的深入研究提供一定的参考。     

Dynamic optimization of chemical engineering problems using a control vector parameterization method with an iterative genetic algorithm

An approach that combines genetic algorithm (GA) and control vector parameterization (CVP) is proposed to solve the dynamic optimization problems of chemical processes using numerical methods. In the new CVP method, control variables are approximated with polynomials based on state variables and time in the entire time interval. The iterative method, which reduces redundant expense and improves computing efficiency, is used with GA to reduce the width of the search region. Constrained dynamic optimization problems are even more difficult. A new method that embeds the information of infeasible chromosomes into the evaluation function is introduced in this study to solve dynamic optimization problems with or without constraint. The results demonstrated the feasibility and robustness of the proposed methods. The proposed algorithm can be regarded as a useful optimization tool, especially when gradient information is not available.     

基于鱼骨型仓库布局的多车拣选路径问题优化

为了推动鱼骨型仓库在实际场景下的应用,针对鱼骨型仓库布局下的拣货路径优化问题,构建待拣货点距离计算模型和以有载重、容积限制的多车拣货距离最短为总目标的拣选路径优化模型。考虑遗传算法(GA)全局搜索能力强、粒子群算法(GAPSO)收敛速度快以及蚁群算法(ACO)较强的局部寻优能力,提出一种解决拣选路径优化模型的混合算法(GA-PSO-ACO)。通过不同订单规模的仿真实验,得出该混合算法在适应度值、迭代次数、收敛速度等方面均优于GA算法和GAPSO算法,且在订单规模较大时,平均适应度值约降低8%,有效缩短了总拣选距离,验证了混合算法在解决鱼骨型仓库布局下的拣货路径问题的先进性和有效性,为解决此类仓库内部的拣货路径问题提供新的解决方法和思路。     

Optimization of aeroelastic composite structures using evolutionary algorithms

The flutter/divergence speed of a simple rectangular composite wing is maximized through the use of different ply orientations. Four different biologically inspired optimization algorithms (binary genetic algorithm, continuous genetic algorithm, particle swarm optimization, and ant colony optimization) and a simple meta-modeling approach are employed statistically on the same problem set. In terms of the best flutter speed, it was found that similar results were obtained using all of the methods, although the continuous methods gave better answers than the discrete methods. When the results were considered in terms of the statistical variation between different solutions, ant colony optimization gave estimates with much less scatter.     

复合材料机翼整体成型技术研究

对给定外型与尺寸的整体成型复合材料机翼进行了设计、 制备及力学性能实验研究。采用有限元分析软件, 对空心复合材料机翼进行静力学分析, 得到了承载效率与机翼几何尺寸的关系, 并确定了最优结构尺寸与复合材料纤维铺层厚度。采用石蜡芯模辅助气囊法成型技术, 制备了整体成型复合材料机翼, 并进行了三点弯曲实验测定, 分析了其破坏机制。三点弯曲实验研究发现, 整体成型复合材料机翼的破坏模式为上蒙皮的局部屈曲失效, 屈曲后仍有一定的承载能力。