基于响应面法的地坑式架车机轻量化研究

传统架车机设计方法往往趋于保守,为了充分发挥地坑式架车机材料的承载性能,将响应面近似模型法与优化技术相结合,提出一种以地坑式架车机结构自重为优化目标的优化方法.该方法基于多学科优化软件ISIGHT和ANSYS,通过最优拉丁超立方试验设计方法分析设计变量对响应的灵敏度,获得最终设计变量,并建立响应面近似模型,利用多岛遗传算法对近似模型进行优化.结果表明,该方法能极大提高优化效率,同时使地坑式架车机结构自重降低20.64%,轻量化效果显著.研究结果可为地坑式架车机的设计提供理论指导.     

无轨伸缩式门式起重机接触部位的有限元分析

非线性接触分析在处理接触问题时可以更加接近工程实际,但在实际应用中,接触参数设置复杂、计算效率低以及计算收敛性难以保证等因素制约了它的实用性。节点耦合分析是不存在收敛问题的线性分析,计算成本比接触分析低。为了探讨2种模型在应用中的差异,研究节点耦合线性分析代替非线性接触分析的可行性,以起重量为12 t的无轨伸缩式门式起重机为例,在有限元分析软件ANSYS中分别构建其接触模型和节点耦合模型,考虑接触刚度和摩擦系数对计算结果的影响,在伸缩支腿全伸的工况下比较2种模型下无轨伸缩式门式起重机各接触部位等效应力值的差异。通过对比计算结果发现：2种模型中,最大等效应力均出现在车架施加起升载荷处,计算值相差1.3%,结果差异不大。由于节点耦合分析忽略了摩擦系数,所以2种模型中各接触部位等效应力值存在差异,根据接触部位的相对滑动,在接触模型中选择合适的摩擦系数可减小此差异。研究结果表明：考虑接触区域相对滑动对计算结果的影响,节点耦合分析能较好地模拟接触分析,对于精度要求不高或接触区域基本无相对滑动的模型,可采用节点耦合分析这种简化方式来代替接触分析,以提高计算效率。     

基于组合优化策略的热封机构设计

目的通过组合优化策略对热封机构进行结构优化设计。方法建立热封机构有限元参数化模型和多目标优化模型,通过动力学有限元分析获得热封机构结构强度薄弱环节,并采用最优拉丁超立方实验设计对影响热封机构结构强度的主要参数进行研究,分析参数与应力位移之间的响应规律,构造基模型对热封机构进行基于组合优化策略的结构优化设计,取多岛遗传算法和序列二次规划法组合的优化策略逼近最优解。结果组合优化过程中的校正决定系数接近1,模型的结构应力最大值和位移最大值均降至许用范围内。结论对热封机构优化设计采用组合优化策略可行,结果可信度高,效果明显。     

结构有限元模型修正的自适应响应面方法

针对结构有限元模型修正可能陷入局部最优点的问题,提出了基于具有全局收敛特性的自适应响应面的结构有限元模型修正方法,模型修正过程中在全局最优解附近不断收缩参数设计空间,重构更为精确的响应面模型,同时,由于采用了拉丁超立方设计选择样本点,具有一定的遗传性,在使用过程中可以有效减少样本点总数。通过实例计算表明,传统的有限元模型修正方法很可能陷于局部最优,而利用该方法进行有限元模型修正时,可以有效避免陷入局部最优点,只需较少样本点便可收敛于全局最优解,有效的进行有限元模型修正。     

基于DSP的桥门式起重机吊重防摇控制系统设计

介绍了桥门式起重机吊重防摇控制系统的硬件结构和系统控制策略。针对电压控制直流电机驱动的小车吊重系统,建立系统动力学方程,并进行状态空间描述。小车吊重开环系统是不稳定的,采取状态反馈控制,根据系统实际动力学参数和调节参数,将防摇控制系统极点配置在期望极点。仿真结果表明吊重摆角能在目标位置和期望时间内衰减为零,系统具有较好的稳定性和瞬间动态特性。     

基于响应面法的连杆模锻成形载荷影响因素研究

目的 解决42CrMo连杆预锻成形过程中因成形载荷较大导致的模具损坏风险较大和使用寿命低的问题。方法 构建连杆预锻成形的仿真模型,分析不同坯料温度、模具温度、模锻速度、摩擦因数对成形载荷的影响规律,基于Box–Behnken试验设计与响应面法对连杆预锻的成形载荷进行研究,并结合多岛遗传算法进行优化。结果 在多因素交互下,各工艺参数按对成形载荷显著性影响由大到小的顺序依次为：坯料温度、摩擦因数、模锻速度、模具温度。当坯料温度为1 190℃、模具温度为350.7℃、模锻速度为532.5 mm/s、摩擦因数为0.1时,成形载荷为3 226.6 kN,相比原工艺的成形载荷降低了50.74%。模锻试验后成形效果较好,说明了优化工艺参数的合理性。结论 优化后的工艺参数可使成形载荷明显降低,该研究可为连杆实际模锻成形的生产提供有效指导。     

基于响应面法的复合材料疏散平台轻量化设计

在城市轨道交通中,疏散平台是在列车故障或其他异常情况下能够确保迅速、有序地从隧道内组织乘客尽快疏散至安全区域必备的安全通道。复合材料具备轻质、高强、可设计性强和防火等优异性能,因此被逐步应用于疏散平台上。鉴于工程应用中对复合材料轻量化要求的不断提高,在满足材料强度和结构变形的基础上,达到减轻结构质量的目的,本研究根据现有的复合材料疏散平台,对其变形和强度进行了分析,据此定义优化变量,以其质量、强度和整体变形为目标函数,基于响应面法多目标寻优思想,探讨了目标函数和优化指标的函数关系,经比较选出合适的方案,并对选取的方案做了进一步的验证。结果表明,结构优化后复合材料疏散平台在保证强度和整体变形的情况下,质量显著减少。      

结构可靠度分析的均匀设计响应面法

均匀设计和正交设计在试验次数相近的情况下,前者所选试验点均匀性更好,也更具代表性。该文将均匀设计与响应面法相结合,提出了结构可靠度的数值模拟新方法：基于均匀设计的响应面法、均匀设计响应面与蒙特卡罗抽样相结合的混合模拟法;介绍了利用均匀设计选取试验点构造响应面方程,求解可靠度的流程。结合一个门式框架的可靠度问题,基于AN...     

基于Pro／E的桁架门式起重机丰梁的三维参数化设计的研究

利用Pro／Toolkit对Pro／E2．0进行二次开发,采用三维模型与程序控制相结合的方式来进行参数化设计,并结合SQLServer数据库管理技术,实现桁架门式起重机主梁的三维参数化设计。     

某车室低频噪声近似建模分析与板件优化

为了降低车室低频噪声,采用对声学贡献较大的车室地板、后地板、前围板、顶棚、前车门内板及后车门内板的厚度参数为因子,以车身质量、车身模态频率、驾驶员头部处声压峰值和声压均方根值为响应,采用最优拉丁超立方试验设计方法采集样本数据进行因子空间设计。利用径向基神经网络方法,建立了4个响应关于6个因子的误差小、精度高的近似模型,并对所建立的近似模型进行误差分析。以驾驶员头部处声压峰值最小为目标函数,板件厚度参数为自变量,驾驶员头部处声压均方根值、车身质量和车身模态频率为约束条件。采用自适应模拟退火算法对板件厚度进行优化设计,其优化结果表明,驾驶员头部处最大声压峰值所在的频率158 Hz处的声压降低了4.45 d B,134 Hz处的声压峰值降低了5.47 d B,在其他声压峰值较高的频率处,测点声压均有不同程度降低,说明在满足约束条件同时,通过优化有效地降低车室空腔噪声,提高车辆的声学舒适性。     

大型门式起重机风荷载响应仿真分析

风荷载是起重机设计及运行时的重要荷载,近年来门式起重机呈现"大型化""柔性化"的发展趋势。大型门式起重机受其结构特性影响,对风荷载极其敏感,现行《起重机设计规范》仅通过风力系数及挡风折减系数对起重机迎风面的静风荷载进行界定,因而无法获得起重机各表面的风荷载分布情况。为解决这一问题,利用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)软件对大型门式起重机的风场绕流特性进行仿真分析,并运用单向流固耦合方法将风荷载数据引入起重机计算结构力学模型并进行有限元分析,从而获得自然风场中大型门式起重机的风荷载响应,并将它与根据《起重机设计规范》计算得到的结果进行对比。结果表明:利用计算流体力学仿真分析得到的起重机整机风荷载与根据《起重机设计规范》计算得到的结果相近,但基于流固耦合方法所得的起重机结构应力大22.77%,结构应变大17.23%,这是因为自然风场中起重机各表面均受风荷载影响,而《起重机设计规范》仅对迎风面风荷载进行量化,忽略了流体在非迎风面产生的负压以及黏性力作用;门式起重机的主梁及支腿为串列结构,上游结构对下游结构有屏蔽效应,使得下游结构表面为负压,且屏蔽效应随着上下游结构间隔比的增大而减弱。研究结果可为起重机的设计校核提供参考。     

基于进化算法的产品造型创新设计方法研究

为了满足用户多样化的产品造型需求,模拟设计师的设计思维特性,提出了应用元胞遗传算法和标准遗传算法的产品造型创新设计新方法.首先收集产品样本,经聚类分析、设计师聚焦等确定代表性产品样本,再利用形态分析法得到产品造型元素并定量描述设计参数;其次,以代表性产品样本为初始种群,应用元胞遗传算法建立产品造型初始设计系统,实现了以少量原型生成大量创新性方案的智能设计进程;最后,应用标准遗传算法建立产品造型细化设计系统,进一步优化初始设计方案,快速实现方案的细化智能设计进程.卡通表情造型设计实例表明,该方法可为创新设计提供有效的辅助与支持.     

基于响应面法对桁架结构形状的优化设计

针对数学非线性回归问题,需不断改进设计模型和设计参数,从而使得设计效果达到最佳。求解约束条件下体积最小问题时经常用响应面法进行优化,即利用函数关系拟合仿真模型,采用筛选试验来确定优化方向。为了优化经典10杆桁架结构的形状,基于响应面法,编写并运行APDL（ANSYS parametric design language,参数化设计语言）程序,得到各桁架的初始应力和体积。以节点纵坐标值的改变来反映形状的变化,各因子设置三水平并编码为-1,0,1,通过响应面法（response surface method,RSM）进行寻优并调整中心点和水平。基于调整后的水平,先找到最佳邻域,再用优化软件在最佳邻域内求解桁架在许应力下体积的最优解,最后将确定好的节点纵坐标值回代到APDL程序中验证是否满足约束条件,若满足,则此时的体积为最优解。结果表明：利用响应面法优化桁架杆的迭代次数仅为3次,它能快速定位最优解,降低了前期设计成本。通过对比文献[9]可知响应面法对结构的形状优化更为有效,能快速定位出设计试验方案,在工程应用中对于寻找在约束条件下的最佳配比设计有着高效性。     

遗传算法与惩罚函数法在机械优化设计中的应用

提出了应用于机械优化设计的"遗传算法+惩罚函数法"的通用算法.它非常适合求解复杂的非线性约束优化问题.本通用算法既克服了传统优化方法的缺点,得到了一个较为理想的全域最优解;同时也改善了遗传算法的局限性.     

基于GA－RS的规则钢筋混凝土桥梁圆形单柱桥墩延性抗震优化设计

提出抗震结构集成优化设计的新方法,将多目标遗传优化算法与反应谱分析很好地结合起来,建立规则钢筋混凝土圆形单柱桥墩多目标抗震优化设计的通用框架,以圆形单柱桥墩的截面半径、纵向钢筋配筋率和横向箍筋配筋率为设计变量,以结构的初始材料造价、抗震强度需求能力比、抗震延性需求能力比为优化目标函数。通过把延性抗震设计问题转化为多目标优化问题,从而使设计者可以很好地平衡抗震设计的各种关键因素,并以可控的方式处理多个优化目标而获得Pareto意义上的最优设计参数。     

基于极限状态法的岸桥结构抗震可靠性分析

针对集装箱码头岸边装卸桥(简称岸桥)在地震作用下的安全可靠性问题,对岸桥在极限状态下的抗震可靠性开展了研究。通过对地震参数与材料力学性能的随机性描述,获得了地震作用下各随机变量的概率分布规律和统计参数;采用有限元软件ANSYS建立了岸桥结构的力学模型,用时间历程法对地震作用下岸桥承载能力进行了计算;根据可靠性理论建立了地震作用下岸桥的可靠度计算模型,用 Monte-Carlo法计算了岸桥在极限状态下的抗震可靠度。结果表明在8级烈度地震作用下,岸桥结构整体上比较安全,但门框横梁与陆侧立柱的连接处的可靠度指标比较低,存在失效可能性;与许用应力法相比,极限状态法更具合理性。     

基于遗传算法的散热器优化设计

根据电子设备散热装置缩小体积和增强散热性能的设计要求,分析散热器在强迫风冷条件下的散热性能优化问题。建立了热阻优化目标函数,采用遗传算法对强迫风冷情况下的散热器进行优化设计,计算出散热器的优化尺寸和优化前后的热阻,优化结果表明散热器体积和热阻可同时减小。