一种基于遗传算法的多目标优化算法研究

对一般的无约束多目标优化问题的求解进行讨论,提出一种基于遗传算法的求解方法,该方法区别于传统遗传算法的求解模式,它采用带性别标志的编码、子群体的选择、保留Pareto最优解,并对解集进行共享函数的处理,最后得到较高质量的Pareto最优解集,给出的两个算例也充分说明此方法在处理多目标问题的可行性和实用性。     

层合板频率响应与声功率双目标优化设计

利用遗传算法对复合材料层合板结构的固有频率间隔和辐射声功率进行双目标优化设计。利用分层理论结合有限元模型求解层合板的固有频率和振速分布。通过声辐射模态理论,计算层合板结构辐射声功率。以铺设角度作为设计变量,第一阶与第二阶固有频率间隔和辐射声功率作为双目标优化目标函数,以某4层的层合板结构为例,采用目标加权法优化目标函数。研究了不同权重系数、不同频率时固有频率间隔最大化和声功率最小化对应的优化铺设角度。由数值分析结果可知:不同的权重系数比下获得的Pareto最优解不同;在同一权重系数下,两个优化目标所起的作用不尽相同;随着频率的增加,选择相对较大的权重系数可使Pareto最优解较好地兼顾两个优化目标。     

三维打印快速成型零件制作方向的优化研究

根据光敏树脂材料三维打印快速成型工艺的特点,建立了制件表面质量与零件制作方向之间的优化数学模型.选用搜寻全局最优解能力较强的遗传算法进行最优零件制作方向的求解,实现了三维打印快速成型工艺中零件制作方向的自动优化计算程序.通过试验和测试,该程序可快速求出零件的最优制作方向,提高零件的表面质量.     

遗传算法在物流配送路径优化问题中的应用

遗传算法是一种基于自然进化原理的全局搜索随机算法。遗传算法在物流管理的运输问题、布局问题、选址问题、配送问题、调度问题等方面应用非常广泛。首先建立物流配送路径优化问题数学模型,在此基础上构造求解物流配送路径优化问题的遗传算法。用此遗传算法进行物流配送路径优化,可以方便有效地求得问题的最优解或近似最优解。     

基于Pareto最优解的零件制作方向优化研究

分析了快速成型工艺中零件制作方向对制件表面质量、所需支撑面积和零件制造时间的影响,分别建立了它们的优化数学模型。采用了基于Pareto最优解的多目标优化遗传算法NSGA-II进行优化计算,通过与单目标优化方法求得最优结果的对比,表明用多目标优化方法进行零件制作方向的优化计算,不仅可以求出比单目标方法更优的解,而且通过一次优化计算就可得到多个较优的零件制作方向。     

基于NSGA-Ⅱ&DEA混合算法的高速铁路桥梁风屏障高度多目标优化研究

为探究高速铁路桥梁风屏障高度的多目标优化问题,基于计算流体动力学理论,采用数值模拟方法计算设置有不同高度风障时,列车及桥梁各自的气动力系数。以车辆侧倾稳定性力矩系数及桥梁阻力系数为优化目标,风屏障高度为设计变量,采用多目标遗传算法(NSGA-II)求解Pareto最优解集,采用数据包络分析方法(DEA)评价Pareto解集中各个解的相对效率,得到最优风屏障高度。结果表明:采用NSGA-IIDEA混合算法对风屏障高度进行多目标优化是可行的。该优化设计方法为风屏障高度优化问题提供了一种新思路。     

考虑横向弯曲振动的轮胎圆柱薄壳模型

建立了充分考虑带束层宽度和厚度及侧向正应变和切、侧向预应力的轮胎三维等效圆柱薄壳模型,提出了一组适合不同频段的轮胎带束层切向、径向和横向振动的位移函数。该模型不仅能够准确计算中低频(0-300Hz)的轮胎面内、外振动固有频率,还能够预测带束层截面方向发生的中、高频弯曲振动(300-500 Hz)。通过瑞利-里兹法求解低频振动并简化计算过程,通过模态展开法求解中高频弯曲振动。使用锤击法试验验证了模型的准确性。     

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。     

基于多目标遗传算法的传感器优化布点研究

针对目前桥梁模态试验中传感器布点优化都是基于单一准则下的研究的局限性,提出采用双准则或多准则下的传感器优化布点研究,该方法改进了以往布点优化中单一目标最优的限制,转而寻求多准则下的优化布点的满意解,而非真正严格数学意义上的最优解。采用Pareto遗传算法,设计了相应的遗传算子和编码方案,成功求解了双准则下传感器最优布点问题,优化结束时,成功给出了一组pareto最优解的前沿面,进而证明了提出的方法是可行的。     

考虑高阶剪切的轮胎Gough刚度模型

轮胎是一种帘线增强橡胶复合材料结构,Gough刚度是表征轮胎侧向变形与磨耗的一个重要参数,但缺乏理论推导。本文基于高阶剪切复合材料梁理论,研究子午线轮胎带束层角度对轮胎侧向变形的影响及Gough刚度的理论基础。在Fiala横梁模型的基础上,将轮胎简化为弹性基础上的复合材料梁。胎侧及胎面胶简化为弹性基础,带束和胎体简化为复合材料梁。考虑高阶剪切位移场及帘线-橡胶材料的各向异性,利用虚功原理建立模型方程,得到了复合材料梁在侧向载荷作用下的小挠度理论解,与有限元结果和已有文献结果对比验证了其合理性。算例分析表明,当胎体等效梁结构的高宽比固定时,对应Gough刚度极大值带束角度是固定的;不同的帘线模量和橡胶模量也会对Gough刚度极大值所对应的带束角度产生不同的影响;带束层厚度对Gough刚度极大值对应的带束角度影响较小。根据Gough刚度极大值准则得到了不同高宽比下的轮胎最佳带束角度,利用实际轮胎解剖结构进行了验证。本文提出的模型为子午线轮胎带束角度优选和磨耗设计提供了理论指导。      

Optimization of Construction of Tire Reinforcement by Genetic Algorithm

A new tire design procedure capable of determining the optimum tire construction was developed by combining a finite element method approach with mathematical programming and a genetic algorithm (GA). Both procedures successfully generated optimized belt structures. The design variables in the mathematical programming were belt angle and belt width. Using the merits of a GA which enabled the use of discrete variables, the design variables in the GA were not only the topology of the belt and belt angle but also the belt material. Furthermore, a discrete objective function such as the number of parts could be optimized in the GA. The optimized structure obtained by the GA was verified to increase the cornering stiffness more than 15 percent as compared with the control structure in an indoor drum test.     

钢铝板材压力连接模具几何参数多目标优化

为解决钢铝混合车身中钢和铝异种材料间的连接问题,对无铆钉自冲铆连接钢铝异种材料的可行性进行了实验研究和仿真分析.在实验验证的基础上,为得到连接接头处的最优机械性能,以接头颈厚值和自锁值为评价指标,综合运用实验设计、统计分析、代理模型构造响应面以及遗传算法对钢铝压力连接模具几何参数进行多目标优化,得到了接头颈厚值和自锁值...     

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。     

地铁列车双锥内嵌隔板矩形管的耐撞性优化

为设计具有良好耐撞性能的地铁列车吸能结构,将矩形吸能管的一组对称面引入锥度,并在内部嵌入多个隔板。建立该双锥内嵌隔板矩形管和传统矩形管的有限元模型,对两者耐撞性进行对比,通过准静态轴向压缩试验验证有限元分析的准确性。以双锥内嵌隔板矩形管三个部分的厚度为设计变量,进行试验设计并建立代理模型,为最大化比吸能和最小化峰值力,对双锥内嵌隔板矩形管进行多目标优化。结果表明,双锥内嵌隔板矩形管在准静态压缩下呈现稳定而规律的变形,耐撞性能优于传统矩形管;两个优化目标具有一定的互斥性,根据实际工程对各优化目标进行权重分配,能够于帕累托前沿中应用权函数实现最优设计方案的选择。     

基于代理模型的空投装备气囊缓冲系统多目标优化

基于有限元法和控制体积法建立装备-气囊系统有限元模型,并采用试验数据对模型进行验证。复杂气囊系统着陆缓冲过程仿真计算资源消耗大,难以应用传统迭代方法进行参数优化。为克服这些问题,结合扩展拉丁超立方设计,以最大着陆冲击加速度和最大翻转角度为响应,采用径向基函数构建代理模型。在代理模型基础上,利用多目标遗传算法对主气囊高度、横向宽度及排气孔面积等气囊缓冲系统参数进行了多目标优化。优化结果表明:优化后最大冲击加速度减小了15.5%,最大翻转角度减小了70.3%,缓冲性能与横向稳定性均有所提高。     

A velocity field level set method for shape and topology optimization

In this paper, we propose a new implementation of the level set shape and topology optimization, the velocity field level set method. Therein, the normal velocity field is constructed with specified basis functions and velocity design variables defined on a given set of points that are independent of the finite element mesh. A general mathematical programming algorithm can be employed to find the optimal normal velocities on the basis of the sensitivity analysis. As compared with conventional level set methods, mapping the variational boundary shape optimization problem into a finite‐dimensional design space and the use of a general optimizer makes it more efficient and straightforward to handle multiple constraints and additional design variables. Moreover, the level set function is updated by the Hamilton‐Jacobi equation using the normal velocity field; thus, the inherent merits of the implicit representation is retained. Therefore, this method combines the merits of both the general mathematical programming and conventional level set methods. Integrated topology optimization of structures with embedded components of designable geometries is considered to show the capability of this method to deal with general design variables. Several numerical examples in 2D or 3D design domains illustrate the robustness and efficiency of the method using different basis functions.     

轮胎硫化过程的数值模拟技术

把轮胎硫化热传导作为轴对称问题处理,从用热流密度表示的轴对称问题的有热源的非稳态热传导方程出发,建立了复合材料轴对称结构热传导分析有限元列式,进而结合轮胎硫化生热机理及变化的轮胎硫化加温历程研制了一个较全面地考虑胎硫化过程复杂性的有限元分析软件。用该软件对某轮胎的硫化过程进行了仿真计算,得到了一系列的数值计算结果。可以看出这些数值计算结果是符合实际的。     

轮胎结构中层间裂纹扩展过程的数值模拟

轮胎是一个十分复杂的橡胶基复合材料结构,在使用过程中常常发生层间脱层破坏。提出了一种新的复合材料结构中层间脱层裂纹扩展模型,并利用Irwin的虚拟裂纹闭合技术和有限元分析技术对轮胎结构带束层中的层间脱层裂纹扩展过程进行了数值模拟。结果表明,提出的模型能够比较真实地揭示复杂复合材料结构层间脱层裂纹扩展复杂性的特点。     

无人机变后掠机构结构优化设计及强度校核

取蜗杆齿数、模数和直径系数作为设计变量,以不完全蜗轮体积最小作为设计目标,建立了蜗轮蜗杆传动优化设计的数学模型,应用MATLAB中的优化工具箱,进行优化分析,并对设计结果进行了静态特性有限元分析,校核了不完全蜗轮的强度及刚度.