利用GT-Power软件搭建一款3.1L电控增压柴油机仿真模型,采用拉丁超立方采样算法进行实验设计与计算,确立了6个实验因子和4000个实验数目.通过神经网络径向基算法对不同响应变量因子进行建模,最终确定了转速与EGR率两个实验因子对多目标优化影响的贡献度最大.通过建立实验因子和响应变量模型关联,完成了基于模型的多目标遗传优化.优化结果表明通过优化柴油机扭矩和燃油消耗率,可使柴油机扭矩值最大提升12.3%,且燃油消耗率最大能下降2.6%.

悬臂支架是露天试车台的重要组成部分,在发动机推力、自身重力、测量台架和发动机重力的作用下,为了保证发动机试验过程中参数测量的准确性,需对悬臂支架的变形量进行控制,消除悬臂支架变形量对参数测量的影响。在悬臂支架的方案设计中,利用仿真计算,结合实验设计方法对影响悬臂支架变形量的影响因子进行统计分析,确定悬臂支架的优化设计方案及悬臂支架变形量的传递函数,并对优化方案进行设计验证,保证方案设计的可靠性和合理性。

为满足加工中心现代化设计中需要建立准确的有限元模型的问题,建立了一种基于代理模型的有限元模型修正方法。首先通过灵敏度分析,选取了对滑鞍响应影响最大的设计参数,减少了设计参数整体的数量,提高了修正效率;然后基于实验设计与加点准则,建立了自适应Kriging模型,将隐式的有限元计算转化为显式计算,减少了模型修正过程中大量的有限元模型调用;最后利用遗传算法搜索出目标函数的最小值。模型修正前滑鞍计算固有频率与实测固有频率间最大相对误差为19.37%,修正后降低为4.52%,可以作为以后优化设计的基础,有良好的工程价值。

结合流场分析和拓扑轻量化设计方法对液力变矩器闭锁离合器外壳开展轻量化设计并进行实验验证。首先建立液力变矩器流场仿真模型,分析不同工况下闭锁离合器承载特性,从流场仿真中提取负载,采用有限元方法对外壳进行稳态力学分析,以校核其强度。随后使用基于密度插值的拓扑优化方法对外壳进行优化,从而获得具有指导性的设计方向。在此基础上采用实验设计方法研究各尺寸参数对外壳轻量化、强度等影响规律,并采用遗传算法对外壳的各项性能进行优化。最后,研制优化后的闭锁离合器外壳样件及液力变矩器样机并进行应力和性能测试,结果表明,闭锁离合器外壳减重10%,优化后液力变矩器能够满足使用要求。

提出了正交试验的均值差分析方法，此法可判断正交试验中每个因素各水平对试验指标值的影响，给出各因素影响指标值变化的置信区间，可弥补目前较多使用的极值分析法和方差分析法的不足。

基于实验设计方法，仿真分析了汽车动力总成悬置系统解耦布置的鲁棒性。以某款车的动力总成悬置系统为例，计算了悬置静刚度对悬置系统同有频率和解耦率变化的贡献率，识别出了对悬置系统解耦布置影响较大的悬置静刚度参数。算例结果表明，悬置系统固有频率和解耦率的变化是多个刚度参数共同作用的结果，悬置系统三个平动方向的固有频率和解耦率受刚度参数变化的影响较小，三个转动方向的固有频率和解耦率受刚度参数变化的影响较大。该方法为设计解耦布置优良、稳健的动力总成悬置系统提供了一般的分析方法和理论依据。

为解决一维束流理论难以有效地对液力变矩器叶片数进行优化的问题,建立液力变矩器三维流动设计分析平台,利用实验设计方法,研究了各叶片数对液力变矩器性能的影响,并在响应曲面基础上对叶片数进行了优化.结果表明,泵轮、涡轮叶片数对最高效率和起动转矩比有较大影响,泵轮、导轮叶片数对泵轮扭矩系数有较大影响.优化后,液力变矩器各性能指标均有提高.

缸间齿轮联动液压发动机是一种综合性能较好的新型液压发动机。曲轴位于发动机一侧,曲轴外形为半拐结构,其具有与传统发动机不同的受力情况与工作状况,因此需要对其进行结构优化设计,以实现最佳的工作状态。针对GCHE曲轴结构优化数学模型,基于Kriging近似模型与最优拉丁超立方试验设计方法,创建面向6σ稳健性优化设计的曲轴结构尺寸优化模型。仿真结果表明,该方法可完成对目标性能的最优寻值,并提高约束条件的可靠性和目标函数的稳健性。通过对比确定性优化,稳健设计可使曲轴体积降低1.61%,质量水平达到99.999%。

结合前期的研究成果,设计了氧化锌/聚苯胺（ZnO/PANI）的合成、表征及电催化性能研究的研究型实验。学生在教师的引导下查阅相关文献、设计实验方案,运用X光衍射仪等表征手段对所制备的复合材料进行表征和分析,通过电化学性能测试了解不同制备条件对电化学性能的影响,从而优化实验方案,并将实验进行深层次拓展应用,培养学生的科研探索精神与创新思维。该实验模式的实施有助于学生综合能力的培养。

针对复杂工程优化问题,存在设计变量多、计算时间长、优化效率低且准确性难以判断等缺点。将支持向量机代理模型引入优化设计中。采用中心复合实验设计方法得到实验设计点,并采用支持向量机方法建立支持向量机响应面。对支持向量机响应面模型进行优化设计,得出优化结果。最后通过工程算例分析,建立对应的支持向量机响应面并对其进行优化设计,使用该方法优化后,其门式起重机主梁自重减轻了20%。为了验证其结果的准确性,采用有限元方法验证了优化后的结果,证明了其有效性。该方法对研究结构优化设计有着重要的参考及借鉴意义。