将轴流式离心分离技术引入沸腾制粒机中,以期提升沸腾制粒机的工作效能。提出一种基于代理模型的轴流式旋风分离器结构参数多目标优化设计方法。以计算流体动力学(CFD)为基础,采用田口法进行试验规划,构建关于分离效率和压降的响应面回归方程,利用NSGA-II求解得到多目标优化模型的Pareto前沿。结果表明优化结构对(1~10)um微细颗粒的分离效率达到61%,相较初始值提高了24%,在较高的操作条件下可达到90%,性能指标满足其在沸腾制粒机除尘系统中的应用要求,研究结果也为轴流式旋风分离器的设计与优化提供了依据。

为便捷解决常见工程优化设计问题,设计出一种基于代理模型的优化设计工具箱(Surrogate-Based Design and Optimization Toolbox,SBDO Toolbox)。该工具箱基于代理模型理论,借由MATLAB GUIDE功能开发,借助了MATLAB强大的数学计算分析能力,主要包含三个模块,分别是试验设计(Design of Experiment,DOE)模块、建立代理模型模块和预测及优化模块。在使用该工具时,用户可根据提示依次打开上述模块对应的界面窗口,输入相互独立的自变量信息,改变设置选项或保持默认状态值,即可得到图形化显示的结果,完成相关工程优化问题。该工具箱中各个模块中的数据传递是连续的,使得整个设计优化过程更加完整和统一。采用25个不同形态的数值函数对该工具箱的可用性与实用性进行测试,数值算例表明此工具箱可以应用于工程优化设计案例中,不具备代理模型相关知识的普通用户便可轻松解决常...

由于无人机旋翼叶片的复杂几何形状及其空气动力学性能对其三维外形的高灵敏度,当前小型无人机旋翼叶片的优化设计普遍存在由维度灾难(Curse of Dimensionality)带来的高计算成本的问题。为了解决这一问题,提出了一种基于类函数/形状函数变换方法(Class/Shape Function Transformation)的高效三维叶片参数化模型;建立了高精度计算流体力学(Computational Fluid Dynamics)模型,与实验数据相比,所有转速下旋翼推力的仿真结果的误差在5%以内;基于仿真数据构建了旋翼扭矩和推力的高保真自扩展自适应混合代理模型(Extended Adaptive Hybrid Functions);应用了遗传算法(Genetic Algorithm)执行以悬停推力水平为约束,最小化旋翼扭矩为目标的旋翼外形优化设计。与基于翼型E387的原旋翼相比,优化模型的扭矩减少12.5%,悬停效率提高了8.32%,总重相对减少24.23%。最终,对优化后的旋翼叶片进行了流...

车辆耐撞性是一个涉及多因素的强非线性问题,而传统响应面模型柔韧性又不足。为克服传统响应面法在拟合车辆耐撞性问题输入与输出之间的映射关系所带来的不精确性和耗时性,这里通过建立一个经试验验证准确性的耐撞性仿真模型,提出采用均匀设计法来提高车辆耐撞性仿真试验的代表性并减少仿真试验次数。通过采用一个具有良好韧性的三层神经网络来拟合车辆耐撞性问题输入与输出之间的映射关系,并基于多目标遗传优化算法NSGA-Ⅱ,得到了一组以峰值加速度、B柱最大位移以及吸能比为耐撞性指标的Pareto解集。优化结果显示,所提方法能够高效、精确的完成车辆耐撞性优化。

为了提高主反射镜轴向支撑点位置优化的效率和准确性,选择反向传播神经网络作为轴向支撑位置优化问题的代理模型。按照均匀分布在设计区间上取不同的口径、中心孔组合作为样本点,用参数化有限元模型计算对应的样本数据。用样本数据对神经网络模型进行训练和精度分析,确定了近似性能最佳的反向传播神经网络模型的结构和参数,建立了口径、中心孔和支撑位置与镜面最大变形量之间的映射关系。随机测试表明,建立的反向传播网络模型能在平均绝对偏差8E-5的精度水平下近似于有限元模型的结果。以两个轴向支撑位置的优化为例,与现有近似公式和基于有限元的优化方法相比,基于反向传播神经网络代理模型的优化方法能快速、准确地确定最佳支撑位置,并能给出镜面变形量的预测值。综合以上过程,设计制作了基于Matlab的轴向支撑优化工具箱。 ...

为了提高导弹的静稳定性,减小弹体所受到的空气阻力,研究针对导弹尾翼开展多目标优化设计。首先以平面与剖面组合方式,建立尾翼结构的参数化设计模型,然后选取翼展和翼顶弦长作为优化设计变量,通过流场数值模拟方法分析9组设计样本的气动特性,应用神经网络方法分别构建阻力与压力中心位置的代理模型,最后以气动阻力和压力中心位置最小为目标,进行尾翼的多目标优化设计。结果表明,当以翼展、翼根弦长、翼顶弦长和翼型厚度四组参数进行参数化设计时,尾翼翼展的增大会导致阻力增大和压心位置后移,而翼顶弦长的增大会使阻力增加而压心位置前移,经过优化设计后,最终确定压心位置为4.3 m处,此时阻力大小为37540 N。

以盾构推进液压系统为研究对象,运用CFD数值模拟方法以及代理模型技术,研究液压管道和阀体的结构对推进液压系统调速所引起的系统压力扰动的影响。以压力扰动幅值为优化目标,利用正交实验设计方法筛选主要影响参数作为设计变量。运用最优拉丁超立方法构建采样空间,选用支持向量回归(SVR),径向基函数(RBF),响应面(PRS),克里金(Kriging)4种方法构建代理模型,以多重确定系数(R2)为评价标准,选取样本点进行交叉验证,结果表明克里金模型的精度最高。应用克里金代理模型,采用模拟退火算法(ASA)求解模型全局最优解,研究结果表明基于代理模型优化后的压力扰动幅值明显降低,为盾构推进液压系统的设计提供了有效的参考。

液压螺栓拉伸器是用于火电、核电、风电等大型设备螺栓连接的专用工具,具有结构紧凑、操作方便等优点。活塞是液压螺栓拉伸器中承受载荷的关键部件,如何减少结构应力是设计中最为关注的问题。针对高精度仿真模型在优化过程中需要耗费大量时间成本的问题,采用三维建模软件SolidWorks和有限元分析软件ANSYS构建活塞的参数化模型,对其进行静力学分析;然后,构建代理模型替代高计算成本的仿真模型,对活塞应力进行优化。结果表明,在活塞体积增大2.5

针对机械系统中多间隙铰接副等的磨损寿命设计优化问题,结合Kriging代理模型和序列二次优化算法实现机械系统中多个间隙铰接副磨损预测和等磨损寿命设计。基于磨损与机构动力学耦合计算方法,引入Kriging代理模型,构建了“设计变量-拉丁方试验设计-代理模型-设计优化”的集成化自动分析流程,并以Matlab工具箱和自编优化设计程序开发了计算程序。通过曲柄滑块机构中2个间隙铰接副磨损优化分析和试验对比,结果表明,基于代理模型的铰接副磨损优化结果只有4.7%的偏差,可在保持较高精度的前提下大幅提高计算效率,为机构多铰接副等磨损寿命设计提供工具。

为了提高光纤激光切割质量的预测精度,分别使用了多项式响应面法、克里金法和支持向量回归法三种代理模型方法,建立了激光功率、切割速率和辅助气体压力等加工参数与挂渣量之间的预测模型。使用拉丁超立方抽样法产生30组训练数据,利用正交试验法产生25组验证数据用以验证预测模型的精度。结果表明,利用克里金法和支持向量回归法建立的模型均成功地预测了挂渣质量,其中克里金法建立的模型预测精度最高,并利用该模型分析了激光切割加工参数对挂渣量的影响规律。