为了有效识别工程结构中的螺栓连接松动,防范结构连接失效风险,以应变频响函数(SFRF)作为响应特征指标,提出了一种基于模型修正思想的螺栓连接结构松动识别方法。对含4个螺栓连接的搭接板结构,采用薄层单元描述螺栓连接,分别提取仿真模型和松动损伤结构模型螺栓连接位置的应变频响曲线,拾取频响曲线的特征点并构造目标函数。采用拉丁超立方抽样和径向基函数近似方法,构造了连接参数和目标函数之间的代理模型关系。基于模型修正思想,采用遗传算法对目标函数进行优化,识别模型中连接参数值。通过比较模型的初始连接参数和识别出的参数值,可定量描述结构松动损伤。数值算例结果表明,薄层单元有限元建模方式能较准确地模拟螺栓连接特性,使用代理模型可提高搜索效率,能有效识别螺栓连接结构的松动程度。

在轨道循环交变应力作用下地铁车体易产生疲劳损伤。获得车体的载荷-时间历程,进行了强度校核;利用雨流计数法获得了循环载荷谱,根据累积损伤理论对A型地铁车体疲劳寿命进行分析,研究了列车速度、二系弹簧垂向刚度与二系弹簧垂向阻尼系数等对车体关键部位疲劳寿命的影响,分别采用逐步回归法和BP神经网络模型对车体关键部位—枕梁疲劳寿命进行拟合与分析。结果表明,BP神经网络模型具有更高的拟合精度。为A型地铁车体结构疲劳寿命的预测提供理论依据。

针对滑翔飞行器气动外形与轨迹一体化设计优化问题,提出一种基于序列代理优化的有效设计优化方法。为了获得滑翔飞行器的气动特性参数,提出了一种气动外形参数化建模方法,并基于非结构三角形面元法和流线追踪技术实现了粘性气动系数的计算。为了获得给定气动外形方案下的最大航程,采用自适应Legendre-Gauss-Radau伪谱法进行了求解。为了提升气动外形与轨迹一体化设计优化的效率,提出了一种基于Kriging代理模型的多采样点高效全局优化算法,并进行了数值校验。计算结果表明该算法能够有效求解多约束条件下的滑翔飞行器气动外形与轨迹一体化设计优化问题,且相比于传统算法可显著降低耗时学科分析的计算次数。

针对滑翔制导炮弹的气动、弹道设计问题,为有效提高炮弹的滑翔性能,本文研究了一种气动-弹道综合优化方法。该方法采用工程算法进行气动分析,采用自适应配点的Radau伪谱法进行弹道分析,可综合考虑气动外形的静态参数优化和滑翔过程中攻角控制规律的动态优化;利用Kriging模型建立了炮弹外形参数和性能指标(如射程、飞行时间等)之间的映射关系,实现了外形优化和弹道优化的紧密耦合,并利用组合加点准则不断更新模型直至收敛得出最优外形和最优弹道。本文分别以射程最大和飞行时间短/控制能量消耗小为目标函数,对某滑翔制导炮弹的鸭舵、尾翼外形参数进行综合优化。仿真结果表明,相较于基准方案,综合优化方案有着更优异的弹道性能,其中Opt-1方案使射程提高了37.8%,Opt-2方案在攻击固定目标时能有效减少飞行时间并使控制能量消耗降低46%,验证...

以储煤仓三心圆柱面屋盖为研究对象,采用kriging代理模型对屋盖结构的气动外形进行优化研究。首先,选用标准k-ε、RNG k-ε和SST k-ω三种湍流模型对三心圆柱面屋盖的绕流特性进行数值模拟,并与风洞试验数据进行对比。其次,分别以屋盖表面负压峰值最小以及竖向位移绝对值最小为优化目标,对三心圆柱面屋盖中间圆弧的半径与屋盖跨度之比(R/S)和圆心角(θ)进行优化。研究结果表明当R/S=1.26,θ=45.8°时,屋盖表面负压峰值最小;当R/S=0.56,θ=14.1°时,在平均风荷载作用下屋盖的竖向位移绝对值达到最小值。

计算流体力学(CFD)广泛用于翼型的气动优化设计。由于CFD计算量大、计算时间长,常用响应面或人工神经网络等代理模型来代替CFD模拟进行气动性能评估。代理模型的预测精度关系着优化结果的可信度。本文研究基于代理模型与优化算法的翼型气动优化设计方法。采用CST函数建立了翼型的参数化方法。采用拉丁超立方实验设计方法,在设计空间内选择训练样本。基于开源CFD求解器OpenFOAM计算样本翼型的气动参数,建立基于径向基神经网络的代理模型,以减少计算量。以S809翼型为对象,升力最大为目标函数,最大厚度为约束条件,利用代理模型与遗传算法结合优化得到最优翼型,并采用了代理模型的由粗到精的外层迭代,以提高代理模型的精度和效率。结果显示优化后的翼型较原S809翼型气动性能有了明显提升,升力系数提高,阻力系数降低;采用外层迭代后,代理模...

以某预留400 kmh-1速度条件的高速铁路为研究背景,基于代理模型和优化思想,从系统设计层面提出考虑经济性的高速铁路隧道气动效应关键参数优化方法。首先,采用流体力学软件建立隧道气动效应数值模型,并基于列车以300 kmh-1速度通过隧道的实测数据,验证数值模型的有效性;然后,以隧道净空面积和车辆动态密封指数为变量,依托既有350 kmh-1高速铁路数据,构建列车以400 kmh-1速度通过隧道时车内气压变化3 s极值的Kriging代理模型;最后,以建造成本为目标函数,构建考虑经济性的高速铁路隧道气动效应关键参数优化模型,设计布谷鸟搜索算法,求解满足舒适度标准的最优隧道净空面积和车辆动态密封指数。结果表明代理模型预测的相对均方根误差为0.59%、相关系数为0.9999,能够精确描述车内气压变化3 s极值与车辆动态密封指数、隧道净空面积的非线性关系;对于400 ...

合理的弹性橡胶密封垫断面形状是保障盾构隧道管片接缝防水设计性能的关键。密封垫断面优化设计时,需要反复进行材料大变形、接触分析等复杂的非线性计算,极大限制了优化效率。为此,以闭合压力与有效接触压力占比为双控目标,提出了一种结合深度神经网络代理模型的结构优化算法。在遗传算法框架下,深度神经网络代理模型可以实现由断面形状到接触应力场的快速映射。同时,迁移学习的引入实现了不同类型断面形状代理模型的知识复用,仅利用小样本即可建立高精度的接触应力预测模型,从而有效提高了闭合压力约束条件下的密封垫结构断面优化效率。

本文通过对夹层结构在固化过程中的树脂状态进行分析,对夹层结构建立了等效分析模型,并运用代理模型技术研究了固化过程中模具的热膨账系数,面板的热膨账系数、弹性模量、蜂窝尺寸等参数对夹层结构收缩量和圆度误差的影响。首先,采用有限元仿真的方法对夹层结构在固化过程中的应力和变形进行了模拟;其中,建立了蜂窝等效模型,并利用生死单元技术对树脂在固化过程中的变化进行等效建模。仿真结果与实际相符,结果表明树脂在成型中的状态变化是影响夹层结构收缩的主要因素。然后,利用径向基函数(RBF)模型建立了收缩量和圆度误差与影响参数之间的关系。最后,探讨了夹层结构的收缩量及圆度误差的影响参数的敏感度。结果表明:夹层结构的收缩量对于模具热膨账系数和面板热膨账系数最敏感,树脂的热膨账系数是影响夹层结构圆度误差最敏...

全局敏感度分析(GSA)是一种在整个设计空间中考虑输入参数的不确定性对输出响应不确定性的影响的敏感度分析方法,且能反映出各参数间的相互作用.复杂机电系统包含大量参数且结构复杂,通过引入全局敏感度分析可以确定各参数对系统输出特性影响大小,从而有助于理解系统响应规律,缩短设计周期.由于全局敏感度分析需基于大量仿真计算,为解决计算成本问题,提出一种基于最优代理模型的全局敏感度分析方法,通过对比选取最优代理模型替代仿真实验完成全局敏感度分析.以某隧道掘进机(TBM)刀盘驱动系统为例,以关键节点振动响应及动态啮合力为系统动力学特性评价指标,考虑外部条件、材料系数、啮合参数和联接参数等输入参数变化,得到全局敏感度分析结果,为隧道掘进机刀盘驱动系统的进一步设计优化提供指导,并最终验证了该方法的合理性.