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...

试验设计(Design of Experiment,DoE)是设计变量空间中的抽样方案,一般用空间填充特性和投影特性评估DoE方法的优劣。近年来,对于无约束空间的DoE研究已基本成熟,但是,对于约束空间中取点策略的研究仍无太多成果与太大进展。现有的DoE方法主要应用于矩形或者立方体、超立方体等无约束设计空间,如果是带有约束的空间,这些方法将会失效,对于后续的优化设计造成极大的不便。针对现有的无约束空间的取样方法—连续局部枚举拉丁超立方取点,提出了针对约束空间的连续局部枚举拉丁超立方取点策略(Sequential Local Enumeration-Based Latin Hypercube Sampling for Constrained Design Space,SLE-CLHS),称为SLE-CLHS取点策略。所提出的SLE-CLHS需要在由各个变量之间的约束关系建立的约束空间中取点。通过3个数值案例演示并验证SLE-CLHS方法的可用性与有效性,结果表明,用该方法取得的样本...

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...

针对传统矿用挖掘机难以在复杂矿岩环境下高效开采的问题,基于环境的雷达点云信息提出一种在面对复杂堆料时挖掘机器人的自主作业规划方法,以实现其连续、高效的自主化采掘任务。该方法首先利用挖掘机器人的激光雷达对复杂未知的物料环境形貌进行建模分析,通过点云信息的特点识别并筛选不同的物料堆面,然后采用多项式插值的方法对不同物料堆面的挖掘轨迹进行在线规划。结果表明,基于环境点云的自主规划方法能够使挖掘机器人在满足满斗率的条件下对不同的物料堆面实现快速有效的自主作业规划,并保证挖掘机器人连续高效的挖掘作业,对复杂工况环境下矿用挖掘机自主化的高效开采方面的研究有很大的指导意义。

以某公司初步设计的一款30 MN三梁四柱式双动拉伸液压机为研究对象,此液压机为一款新型液压机。采用有限元方法对液压机整体机架进行结构分析与模态分析,获得上梁、滑块、底座及立柱4个主要部件的变形和应力情况,对液压机进行初步校核,并获得其前6阶固有频率。结果表明:上梁的最大静挠度不符合工程要求,通过对上梁结构优化,使其接近工程要求;滑块与底座的最大静挠度符合工程要求,所以在保证滑块与底座符合工程要求的基础上,进一步对滑块和底座进行轻量化设计,达到减重的目的,为最终30 MN三梁四柱式双动拉伸液压机的设计和制造提供了一定的理论参考。

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...

针对能源工业领域中常见的压力容器-管路-安全阀系统(以下简称:压力系统)开展了系统级变保真度模型的研究。从提高模型的仿真效率同时保证计算精度的角度出发,分别基于等效压力点方法、特征线理论和CFD技术对压力系统中的压力容器、连接管路和安全阀进行了元件级模型的构建和系统级模型的耦合。为了验证提出的建模方法的准确性,结合已有的实验结果进行了模型的精度验证,结果表明,构建的系统级变保真度模型具有较好的压力系统动态特性仿真能

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.

应用专业流体分析软件CFX对蝶阀中的流体进行了三维模拟分析,并在阀盘处于不同的开启度（即阀盘的开启角度）下,研究了阀门的流动特性如流量系数、水力扭矩系数、空化系数等。通过经验值和模拟值的比较,验证了计算机模拟研究的有效性。